| 내용 |
2 차원 시스템은 저 차원 공간 특성 및 양자 감금 효과로 인해 고유한 양자 현상 및 재료 특성을 나타내며, 응축 물질 물리 및 재료 과학의 연구의 최첨단이라고 할 수 있다. 현재, 2 차원 시스템의 주된 연구 대상은 층상 2차원 재료이며 현재 자연계에 3 차원적인 재료가 존재한다. 층상 재료가 유한하다는 것 때문에 2 차원 시스템의 연구 및 응용 범위가 제한되어 왔다. 실제로, 표면 물리학 관점에서 볼 때, 반도체 본체와 독립적인 표면 재구성은 이상적인 2 차원 시스템이기도 하며, 그 고유한 원자 구조는 bulk phase와는 매우 다른 물리적 특성을 가져올 것이다. 상이한 원소의 조합을 사용하여, 반도체 표면상의 3 차원 시스템과는 다른 독특한 원자 배열 및 화학적 비율을 형성 할 수 있고, 더욱 다양하고 더 이색적인 2 차원 전자 재료를 유도 할 수 있다. 재료 준비 및 특성화의 복잡성으로 인해 이러한 재료는 거의 연구되지 않았다. 중국과학원 물리연구소원/북경 응집상태 물리학 국가 센터 표면 물리학 국가 중점 실험실의 SF9 그룹은 2 차원 원자 결정의 구성과 현장 구조 성질의 특성화에 관심을 가지고서, 단원자 비층상 2차원 시스템, 즉 silene과 boronene에서 중요한 새로운 성과를 얻었다. 최근, 반도체 표면을 기반으로 하는 2 요소 2 차원 시스템 연구에 새로운 진전이 있었다. 전통적인 반도체 Si (111)의 표면에 반도체 2 차원 벌집 (honeycomb) 결정의 특수 원소 비율을 얻기 위해 두 개의 금속 원소 (Sn과 Bi)를 사용했다. 그들은 극한 조건 물리 중점 실험실 연구원 진남(陈岚, Chen Lan), 오극휘(吴克辉 , Wu Kehui)들과 청화대학 교수 서용(徐勇, Xu Yong ), 중국과학원 원사 단문휘(段文晖 , Duan Wenhui) 북경화공대학 리휘(李晖 , Li Hui) 교수등과 협력하여 이 시스템에서 매우 강한 스핀 - 궤도 결합 및 비대칭 전자 - 홀 캐리어 특성이 있음을 발견하였다. 그들은 분자 빔 에피택시얼 성장(epitaxial growth) 기술을 사용하여 Sn 및 Bi의 순차적 성장에 의해 Si (111) 표면에 대면적, 고품질, 안정적인 벌집 구조를 완성했다. 주사 터널링 스펙트럼 (STS)의 측정은 시스템이 약 0.8 eV의 에너지 갭을 가지고 있음을 보여 주며, 준입자 간섭의 측정은 점유된 상태가 명백히 거의 자유 홀 캐리어의 특성을 갖는다는 것을 보여준다. 거의 자유에 가까운 홀 표면 상태가 표면 2 차원 Sn-Bi 구조로부터 파생된 각도 분해 광전자 분광법 (ARPES)에 의해 거의 자유에 가까운 홀 캐리어 표면 상태가 2차원 SN-Bi구조에서 나왔다는 것이 확인되었다. 또한, 시간 - 분해 광전자 분광법은 전도대 바닥이 거의 분산이 없는 평평한 밴드임을 보여 주었다.。 시스템의 성격을 더 잘 이해하기 위해 많은 수의 구조 검색을 수행하였고 최종적으로 이 시스템이, Bi 원자로 구성된 2 차원 벌집 격자와 Sn 원자로 구성된 삼각형 네트워크로 구성된 Sn2Bi 구조라고 결정했다. 고유한 벌집 구조, 무거운 원자 질량 및 Sn-Bi 궤도 혼성화 강도와 에너지로 인해 Sn2Bi는 강력한 스핀 - 궤도 결합 효과를 나타낼 뿐만 아니라 비정상적으로 높은 전자 - 홀 비대칭성을 갖는다. 또한, 거의 자유 홀 에너지 밴드를 나타내고 국부 전자 플랫 밴드를 실현할 수 있다. Sn2Bi는 Si (111) 위에 성장하는 반도체 2 차원 시스템이기 때문에 동일한 장치에서 전기장 제어를 사용하여 무거운 전자와 가벼운 홀의 변조 및 선택을 동시에 실현하고, 미래에 새로운 전자 장치 및 강력한 상관 전자 시스템의 연구에 완전히 새로운 플랫폼을 제공한다. 이 연구 성과는 “Binary Two-Dimensional Honeycomb Lattice with Strong Spin-Orbit Coupling and Electron-Hole Asymmetry –강한 스핀-궤도 커플링과 전자-홀 비대칭성을 갖는 2요소 2차원 벌집 격자” 라는 제목으로 Physical Review Letters (121 (126801 (2018)) 잡지에 온라인으로 게재되었으며 편집자 제안으로 선정되기도 하였다. 관련 연구는 과학 기술부, 국립 자연과학기금, 중국 과학원 파일럿 프로그램 및 청화대학교 독립적인 연구 프로그램에 의해 지원되었다. |
