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科学家创造了原子尺度的二维电子kagome晶格

卧龙岗大学(UOW)的科学家与中国北京航空航天大学,南开大学和中国科学院物理研究所的同事合作,成功地创造了一种原子尺度的二维电子kagome晶格,在电子和电子领域具有潜在的应用价值。量子计算。

kagome 格子以传统的日本编织竹子图案命名,由交错的三角形和六边形组成。

科学家创造了原子尺度的二维电子kagome晶格

研究小组通过分层和扭曲两片硅质纳米片来创造了kagome格子。Silicene是一种硅基,单原子厚的Dirac费米子材料,具有六边形蜂窝结构,电子可以接近光速加速。

然而,当硅氧烷被扭曲成kagome晶格时,电子变得“被捕获”,在晶格的六边形中盘旋。

在该论文的通讯作者,在UOW的超导和电子材料研究所(ISEM)和北航 - UOW联合研究中心领导扫描隧道显微镜(STM)小组的Yi Du博士。

他说科学家长期以来一直对制作二维kagome晶格感兴趣,因为这种结构具有有用的理论电子特性。

“理论家很久以前曾预言,如果你将电子放入电子kagome晶格中,破坏性干扰意味着电子而不是流过的电子会在涡旋中转向并被锁定在晶格中。这相当于某些人失去了他们走进迷宫,永不出门,“杜医生说。

“有趣的一点是,只有当晶格被破坏时,电子才会自由,当你形成边缘时。当边缘形成时,电子将随之移动而没有任何电阻 - 它具有非常低的电阻,因此能量非常低电子可以以光速快速移动,这对于设计和开发低能耗设备非常重要。

“同时,由于具有强烈的所谓自旋 - 轨道耦合效应,预计会在室温下发生新的量子现象,如摩擦量子霍尔效应。这将为未来的量子器件铺平道路。”

虽然电子kagome晶格的理论特性使其对科学家非常感兴趣,但创造这样的材料已经证明是极具挑战性的。

“为了使它按预期工作,你必须确保晶格是恒定的,并且晶格的长度与电子的波长相当,这决定了很多材料,”杜博士说。

“它必须是一种电子只能在表面上移动的材料。而且你必须找到一些具有导电性的东西,并且还具有非常强的自旋 - 轨道耦合效应。

“世界上没有太多具有这些特性的元素。”

其中一个元素是硅烯。杜博士和他的同事们通过将两层硅质加在一起来制造他们的二维电子kagome格子。在21.8度的旋转角度下,它们形成了kagome晶格。

当研究人员将电子放入其中时,它表现得像预测的那样。

杜博士说:“我们观察到了在我们人造的kagome格子中的理论预测的所有量子现象。”

这一突破的预期好处将是更节能的电子设备和更快,更强大的计算机。

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