华中大在强关联电子体系量子调控研究中取得进展

8月9日消息（余予）来自华中科技大学的消息显示，近日，华中科技大学物理学院付英双教授领导的低维物理与量子材料实验室团队在强关联电子体系的量子调控研究中取得进展。

据了解，1T-TaS₂因可能存在量子自旋液体态和复杂的电子关联现象一直受到研究者的广泛关注。其中，量子自旋液体态可以构建量子比特。

领域内普遍认为1T-TaS₂的绝缘性来源于Mott-Hubbard机制，但最新的研究表明层间耦合也能导致其绝缘性，从而是普通的能带绝缘体。解决争议的一个直接方法是研究单层样品，以排除层间耦合的影响。

研究工作中，付英双团队利用分子束外延方法在石墨烯衬底上精确制备了单层1T-NbSe₂薄膜，并通过扫描隧道显微镜（STM）及其谱学表征技术对单层1T-NbSe₂薄膜的表面形貌和电子结构进行了系统研究。实验发现，77 K时SD绝大多数表现为“亮”中心结构，同时有少部分主要集中于薄膜边界的SD呈现“暗”中心结构。这两种SD在电子结构上的差异体现在亮SD中心有一个位于160 mV处的峰。这个峰在暗SD中心消失。

通过变温实验得出，当温度降低到4.4 K时，所有的SD转变为暗态，同时160 mV的峰也随之消失；当温度升高至40-50 K时，SD会突然的由暗态转为亮态，隧道谱上也相应地出现强的160 mV峰。

除此之外，研究团队还通过对1T-TaS₂ 进行类比分析，推测这个160 mV的峰是上Hubbard带（UHB）。其中，当UHB上移到导带中时，会导致SD由亮转暗。这一推测得到了第一性原理计算的支持。分子动力学计算表明1T-NbSe₂确实会在温度上升至50K时发生明显的结构扭曲，主要表现为最近邻Nb原子向中心收缩，而最近邻的Se原子会在面内收缩的同时面外扩张。这一结构的变化会导致中心Nb原子的d轨道与Se原子的p轨道杂化增强，使d轨道的带宽增加，进而减小有效的库伦作用。

该工作意味着可以通过应力来调控关联绝缘体系的Mott参数，而Mott参数决定了系统是否可以实现量子自旋液体态。计算表明只需要很小的应力就能使1T-NbSe₂的有效库伦作用强度显著改变。而对于1T-TaS₂，应力的影响则小得多。该工作为在此类材料体系中人工调控实现量子自旋液体态提供了契机。

该成果于近日以“Charge Transfer Gap Tuning via Structural Distortion in Monolayer 1T-NbSe₂”为题在纳米领域权威期刊Nano Letters上发表。物理学院博士生刘振宇和北京计算科学研究中心博士后乔爽为共同第一作者，付英双为论文的通讯作者。北京计算中心黄兵研究员、我校物理学院吕京涛教授和团队成员张文号副教授参与了相关工作。

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