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在MoSe?的鏡面孿晶界發(fā)現(xiàn)了Hubbard型庫侖阻塞效應(yīng)

導(dǎo)讀 在對單層和雙層MoSe2的MTB處的一維電子相關(guān)態(tài)的研究中,一個研究小組發(fā)現(xiàn),由被稱為Hubbard型庫侖阻塞效應(yīng)驅(qū)動的兩種相關(guān)絕緣態(tài)可以通過尖

在對單層和雙層MoSe2的MTB處的一維電子相關(guān)態(tài)的研究中,一個研究小組發(fā)現(xiàn),由被稱為Hubbard型庫侖阻塞效應(yīng)驅(qū)動的兩種相關(guān)絕緣態(tài)可以通過尖端脈沖切換。

該團(tuán)隊通過分子束外延技術(shù),在石墨烯襯底上生長出具有一維MTB的單層和雙層MoSe2薄膜。通過掃描隧道顯微鏡發(fā)現(xiàn)一維MTB具有金屬態(tài)。由于其長度有限,一維狀態(tài)受到量子限制效應(yīng),導(dǎo)致量子化的離散能級。

根據(jù)跨越費米表面的兩個離散能級的空間調(diào)制相位,他們發(fā)現(xiàn)了兩種具有不同基態(tài)的MTB,分別定義為同相和異相狀態(tài)。更有趣的是,通過應(yīng)用尖端脈沖,可以可逆地切換兩種狀態(tài)。

他們表明,由導(dǎo)線長度決定的庫侖能量將MTB驅(qū)動為兩種具有不同電荷順序的基態(tài)。費米表面的量子阱態(tài)受庫侖效應(yīng)的影響。

當(dāng)費米面處于波矢不同的兩個量子阱態(tài)之間,即異相態(tài)時,能級區(qū)間增大,成為庫侖能量與量子阱態(tài)區(qū)間之和。

(ac)上圖(c)部分所示的相同MTB的2D電導(dǎo)圖,顯示不同的基態(tài)。每個離散級別的節(jié)點編號以紅色標(biāo)記,其定義為相應(yīng)級別的電荷密度調(diào)制中的最小值,如(a)中的白色箭頭所示。圖片來源:邢陽。圖片來源:科學(xué)中國出版社

當(dāng)量子阱恰好在費米面,即同相狀態(tài)時,能級被庫侖能自旋分裂形成單電子占據(jù),分裂的大小就是庫侖能。

MTB的電子填充通過尖端脈沖進(jìn)行調(diào)整,其中通過第一性原理計算證實的額外注入電荷通過極化過程穩(wěn)定,使得可控地調(diào)整其電子數(shù)量和自旋狀態(tài)成為可能。

發(fā)現(xiàn)確定的庫侖能量僅取決于導(dǎo)線長度,而與MTB到石墨烯襯底的距離無關(guān),這表明庫侖相互作用是短程的。這與經(jīng)典的庫侖阻塞效應(yīng)不同,其中庫侖能量取決于其對環(huán)境的電容,因此是長距離的。

這種短程庫侖能量與經(jīng)典的庫侖封鎖效應(yīng)有相似的表現(xiàn),因此被稱為哈伯德型庫侖封鎖效應(yīng)。

(ac)示意圖顯示了平均場級的能級圖,即分別為異相狀態(tài)(a)、零能量狀態(tài)(b)和同相狀態(tài)(c)。每個級別都標(biāo)有其波矢。自旋向上(自旋向下)電子用紅色(藍(lán)色)球表示。實心(空心)球代表占據(jù)(未占據(jù))能級的電子。圖片來源:邢陽。圖片來源:科學(xué)中國出版社

該研究團(tuán)隊在原子尺度上實現(xiàn)了對電子關(guān)聯(lián)和自旋態(tài)的控制,為理解和定制復(fù)雜系統(tǒng)中的關(guān)聯(lián)物理奠定了基礎(chǔ)。

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