超原子是表現(xiàn)出單個(gè)原子的某些性質(zhì)的原子團(tuán)簇,當(dāng)通過(guò)非共價(jià)鍵結(jié)合而排列成晶體時(shí),它們可以組裝成納米結(jié)構(gòu)。非共價(jià)鍵結(jié)合的內(nèi)聚能較低,使得該材料更容易被切割。目前尚不清楚超原子之間被抑制的電子相互作用是否導(dǎo)致減弱的內(nèi)聚能,這類材料中奇異的電子行為也是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。中國(guó)人民大學(xué)物理學(xué)系的程志海教授課題組、季威課題組、王善才課題組以及中國(guó)科學(xué)院物理研究所郭建剛課題組組成合作團(tuán)隊(duì),對(duì)一種新型超原子晶體Au6Te12Se8進(jìn)行了研究。該材料是一種特殊的層狀金屬性超原子晶體,由超原子立方體Au6Te12Se8三維立體堆疊而成,立方體間通過(guò)Te-Te類共價(jià)準(zhǔn)鍵連接而成,也是一種二維金基超導(dǎo)體。該研究團(tuán)隊(duì)利用低溫掃描隧道顯微鏡、角度分辨光電子能譜、拉曼光譜、電輸運(yùn)測(cè)量以及密度泛函理論計(jì)算,對(duì)Au6Te12Se8的奇異電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,其中利用到合肥光源的角分辨光電子能譜實(shí)驗(yàn)站對(duì)電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。
研究證明在這種非共價(jià)鍵合的層狀超原子晶體中存在顯著的電子-電子相互作用。這種相互作用導(dǎo)致了兩種電荷有序態(tài),即各向異性三倍周期電荷密度波和反平行鎖定的極化金屬態(tài)。這些發(fā)現(xiàn)表明,原子團(tuán)簇通過(guò)非共價(jià)相互作用結(jié)合而成的超原子晶體可用于探索和操縱奇異的電子特性。由于超原子具有高度的可調(diào)性,通過(guò)定制超原子構(gòu)建模塊和模塊間的相互作用,可以制備出更多的超原子晶體,從而獲得傳統(tǒng)量子材料所不具備的新奇物性。相關(guān)研究成果以“Interweaving Polar Charge Orders in a Layered Metallic Superatomic Crystal”為題發(fā)表于《Physical Review X》上。
圖:(a)晶體表面的二維布里淵區(qū)和真實(shí)空間中的相應(yīng)結(jié)構(gòu)模型;(b),(c)沿高對(duì)稱方向的角分辨光電子能譜數(shù)據(jù)。
論文鏈接:https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.12.041034