基于自上而下的纳米图案化实现石墨烯中狄拉克锥的调控
2021年11月30日
近年来，具有高度倾斜费米面的第二/三类狄拉克费米子在体相材料中被相继预言和发现。不同于参数可控的光子晶体体系，低维材料中的狄拉克费米子受到对称性限制大多为各向同性的第一类，例如石墨烯。因此，能否在低维材料体系实现各类狄拉克费米子不仅在基础物理领域具有广泛兴趣，也对包括自旋电子学和超导器件等实际应用具有指导意义。
近日，中国科学院物理研究所杜世萱研究员团队和美国犹他大学刘锋教授合作，结合理论模型和第一性原理计算，提出利用原子尺度的一维图案调控石墨烯狄拉克费米子的新方法。通过改变构筑一维图案的原子种类可实现扶手型碳链之间耦合强度的调控，不仅可以得到类似石墨烯的倾斜第一类狄拉克费米子，还可以获得强各向异性的第二、三类狄拉克费米子。这一构筑原子尺度的吸附图案的方法还可拓展到其它第四主族元素单层膜，具有一定的普适性。为研究对称性破缺下的材料拓扑性质以及设计功能化纳米结构提供了新的思路。
相关工作以“Manipulation of Dirac Fermions in Nanochain-Structured Graphene”为题在Chinese Physics Letters发表, 并被选为编辑推荐。该研究受到科技部（2016YFA0202300， 2020YFA0308800）， 国家自然科学基金委（61888102，11974045）， 中国科学院（XDB30000000）等项目的资助。
文章链接：
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0256-307X/38/9/097101
Editors’ Suggestion| Published 2 September 2021
Manipulation of Dirac Fermions in Nanochain-Structured Graphene
Wen-Han Dong, De-Liang Bao, Jia-Tao Sun, Feng Liu, and Shixuan Du
Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (9): 097101
近年来，具有高度倾斜费米面的第二/三类狄拉克费米子在体相材料中被相继预言和发现。不同于参数可控的光子晶体体系，低维材料中的狄拉克费米子受到对称性限制大多为各向同性的第一类，例如石墨烯。因此，能否在低维材料体系实现各类狄拉克费米子不仅在基础物理领域具有广泛兴趣，也对包括自旋电子学和超导器件等实际应用具有指导意义。
近日，中国科学院物理研究所杜世萱研究员团队和美国犹他大学刘锋教授合作，结合理论模型和第一性原理计算，提出利用原子尺度的一维图案调控石墨烯狄拉克费米子的新方法。通过改变构筑一维图案的原子种类可实现扶手型碳链之间耦合强度的调控，不仅可以得到类似石墨烯的倾斜第一类狄拉克费米子，还可以获得强各向异性的第二、三类狄拉克费米子。这一构筑原子尺度的吸附图案的方法还可拓展到其它第四主族元素单层膜，具有一定的普适性。为研究对称性破缺下的材料拓扑性质以及设计功能化纳米结构提供了新的思路。
相关工作以“Manipulation of Dirac Fermions in Nanochain-Structured Graphene”为题在Chinese Physics Letters发表, 并被选为编辑推荐。该研究受到科技部（2016YFA0202300， 2020YFA0308800）， 国家自然科学基金委（61888102，11974045）， 中国科学院（XDB30000000）等项目的资助。
文章链接：
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0256-307X/38/9/097101
Editors’ Suggestion| Published 2 September 2021
Manipulation of Dirac Fermions in Nanochain-Structured Graphene
Wen-Han Dong, De-Liang Bao, Jia-Tao Sun, Feng Liu, and Shixuan Du
Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (9): 097101
图1. 由石墨烯的一维链状单元出发构建自上而下的纳米图案化。
图2. 从 k·p 有效哈密顿量出发，通过对称性破缺实现石墨烯中狄拉克费米子的类型转变。
图3. 准一维扶手型耦合链（CCM）的紧束缚模型以及链间耦合可调的三类狄拉克费米子及相图。
图4. 准一维纳米链图案化的1/3卤化石墨烯及其中的第二/三类狄拉克费米子。
图5. 准一维图案化石墨烯中三类狄拉克费米子对应的Kubo–Bastin静态电导。