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首次發現！南開團隊探出“新材料之王”石墨烯的新邊界
來源：南開大學 2023-08-17
導讀：近日，南開大學陳志剛教授、許京軍教授領導的課題組，在光子石墨烯中的研究又取得了重要進展：他們發現了石墨烯中從未見過的新型邊界——枝椏型（twig）邊界，并首次在光子晶格平臺成功觀測到了這種全新的邊界態以及由拓撲平帶導致的緊湊邊界態，揭示該邊界態的拓撲保護性以及與眾所周知的石墨烯其他三種邊界的互補性。
這一研究加深了人們對石墨烯邊界態和拓撲物理學的認識，為拓撲結構在納米電子器件和光信息傳輸等領域的應用奠定了理論基礎。介紹該成果的論文“Photonic realization of a generic type of graphene edge states exhibiting topological flat band”在線發表于國際知名學術期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。石墨烯作為一種由單層碳原子構成的二維材料，憑借其卓越的電子性質引起了廣泛關注?？茖W家一直在積極研究石墨烯的邊界態，這些邊界態展現了獨特的能帶結構、拓撲性質和導電性能，為開發新型電子學器件和應用提供了潛在的可能性。此外，石墨烯邊界態的研究也有望推動納米電子學、能源以及量子信息等領域的進一步發展。在過去的研究中，科學家們已經對石墨烯的三種常見邊界類型進行了深入探索，包括鋸齒（zigzag）型、胡須（bearded）型和扶手椅（armchair）型邊界。圖：具有四種不同邊界類型的三維波導陣列和二維光子石墨烯晶格示意圖在本工作中，研究人員提出了一種全新的邊界類型，稱之為“枝椏”型邊界。枝椏型邊界與其他三種邊界組成了石墨烯結構中的四種基本邊界類型。其獨特的拓撲平帶結構能夠支持緊湊拓撲邊界態。這種類似于孤子的緊湊邊界態，既具有平帶特征又具有拓撲特征，可以在沒有任何缺陷或非線性的情況下實現光束的局域魯棒傳輸。為了克服真實材料的限制，研究人員利用激光直寫技術制備的光子石墨烯晶格為平臺，在實驗上觀測到了這種邊界模式以及緊湊拓撲邊界態。該工作加深了人們對石墨烯邊界態的理解，為谷霍爾效應、能量局域、拓撲半金屬、高階拓撲絕緣體等領域相關研究提供了新的思路。本工作南開大學為第一完成單位，南開大學博士后夏士齊和博士生梁永勝為共同第一作者。南開大學陳志剛教授、宋道紅教授為共同通訊作者。合作者還包括唐莉勤副教授。此項工作得到了國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金項目、中國博士后科學基金會等項目資助。
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