諾獎(jiǎng)材料，風(fēng)光依舊！18篇Nature/Science告訴你這個(gè)諾獎(jiǎng)材料有多火！
2020-02-17 13:14:30
作者：eric 來(lái)源：材料人
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一、拓?fù)洳牧涎芯勘尘敖榻B
索利斯（David J.Thouless）、霍爾丹（F. Duncan M. Haldane）和科斯特里茲（J. Michael Kosterlitz）因在拓?fù)湎嘧兒臀镔|(zhì)拓?fù)湎喾矫嫒〉玫拈_(kāi)創(chuàng)性工作，三人共同獲得2016年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。近年來(lái)，拓?fù)洳牧系难芯匡w速發(fā)展。所謂拓?fù)洌茄芯繋缀螆D形或空間在連續(xù)改變形狀后還能保持不變的一些性質(zhì)的一個(gè)學(xué)科，而拓?fù)洳牧暇哂性诿鎸?duì)劇烈的溫度變化或結(jié)構(gòu)變化亦能保持其電性能的性質(zhì)，同時(shí)可能會(huì)促使從電子產(chǎn)品到量子計(jì)算機(jī)和新型超導(dǎo)體的發(fā)展，為此無(wú)數(shù)科學(xué)家付出了超出尋常的努力。下面我們列舉了2018年以來(lái)，Science和Nature雜志上拓?fù)洳牧涎芯坑嘘P(guān)的部分代表性成果，一起交流探討。
二、Nature/Science關(guān)于拓?fù)洳牧项I(lǐng)域文章介紹
1 Nature: 基于Cd3As2中Weyl軌道的量子霍爾效應(yīng)！
復(fù)旦大學(xué)修發(fā)賢團(tuán)隊(duì)報(bào)告了基于Weyl軌道的新型量子霍爾效應(yīng)在Dirac半金屬Cd3As2納米結(jié)構(gòu)中的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)使用楔形樣品，表明量子霍爾電阻受到厚度（幾納米）微小變化的強(qiáng)烈調(diào)制。量子霍爾電阻的角依賴性進(jìn)一步揭示了Landau能級(jí)與Weyl結(jié)對(duì)的k-空間分離之間的聯(lián)系。這些特征突出了Cd3As2納米結(jié)構(gòu)中量子霍爾效應(yīng)的Weyl軌道性質(zhì)，開(kāi)辟了在三維系統(tǒng)中創(chuàng)建量子霍爾態(tài)的新途徑。
文獻(xiàn)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0798-3
2 Nature: ZrTe5中的三維量子霍爾效應(yīng)和金屬-絕緣體躍遷！
南方科技大學(xué)張立源研究組、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)喬振華研究組與國(guó)外研究團(tuán)隊(duì)密切合作，在三維電子氣體系里也實(shí)現(xiàn)了量子霍爾效應(yīng)。研究人員展示了一個(gè)交互驅(qū)動(dòng)的三維量子霍爾效應(yīng)(3D QHE)。在這里，相互作用的影響被幾個(gè)因素增強(qiáng)了。一種是Landau量子化，它有效地降低了電子系統(tǒng)的維數(shù)。第二，由于低載流子密度，可以實(shí)現(xiàn)完美的費(fèi)米面嵌套，因此很容易達(dá)到極端量子極限。第三個(gè)是結(jié)構(gòu)各向異性，這導(dǎo)致沿z方向的色散相對(duì)較小（但系統(tǒng)仍然是三維的，而不是準(zhǔn)二維的）。
文獻(xiàn)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1180-9
3 Nature: 高質(zhì)量拓?fù)洳牧系耐暾夸?/strong>
普林斯頓大學(xué)/中科院物理研究所Wang Zhijun及普林斯頓大學(xué)B. Andrei Bernevig提出了一個(gè)大名單（強(qiáng)）拓?fù)洌ǚ谴判裕?ldquo;高質(zhì)量”材料的性質(zhì)，以及他們的結(jié)構(gòu)，波段和拓?fù)湫再|(zhì)的廣泛信息。這項(xiàng)工作由幾個(gè)研究模塊組成，每個(gè)模塊對(duì)于發(fā)現(xiàn)具有強(qiáng)而脆弱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的材料至關(guān)重要。考慮到已經(jīng)證明超過(guò)四分之一的材料是拓?fù)涞模芯咳藛T可以保證在ICSD數(shù)據(jù)庫(kù)中找到許多其它的材料。
文獻(xiàn)鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-0954-4
4 Nature: 拓?fù)潆娮硬牧夏夸?/strong>
中國(guó)科學(xué)院物理研究所北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心的翁紅明副研究員以及方辰研究員等人設(shè)計(jì)了一種快速診斷非磁性材料中非平凡拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的算法，而只使用布里淵區(qū)高對(duì)稱點(diǎn)的對(duì)稱數(shù)據(jù)作為輸入源。研究人員已將該算法應(yīng)用于材料項(xiàng)目和ICSD中注冊(cè)的所有材料。與人們普遍認(rèn)為的非平凡拓?fù)涫瞧娈惖暮拖∪钡牟煌芯咳藛T發(fā)現(xiàn)超過(guò)30%（26688中的8056）的材料是拓?fù)涞摹?/span>
文獻(xiàn)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-0944-6
5 Nature: 使用對(duì)稱指標(biāo)全面搜索拓?fù)洳牧?/strong>
南京大學(xué)物理學(xué)院萬(wàn)賢綱教授的科研團(tuán)隊(duì)及其合作者基于GGA方法和mBJ方法預(yù)測(cè)了材料的拓?fù)湫再|(zhì)。在討論了幾種有代表性的拓?fù)洳牧系耐瑫r(shí)，還列出了使用GGA方法發(fā)現(xiàn)的所有其它近乎理想的候選拓?fù)洳牧稀Ｑ芯咳藛T進(jìn)一步從這些潛在的拓?fù)洳牧现刑崛×?.9%的近似理想的候選拓?fù)洳牧希c傳統(tǒng)的拓?fù)洳牧舷啾龋鼈冿@示了很大的結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化。研究人員指出開(kāi)發(fā)系統(tǒng)且經(jīng)濟(jì)有效的方法來(lái)探索材料的拓?fù)湫再|(zhì)將是一個(gè)有趣的未來(lái)方向。
文獻(xiàn)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-0937-5
6 Nature: 石墨烯納米帶的拓?fù)鋷Чこ?/strong>
美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的Steven G. Louie教授、Michael F. Crommie教授和Felix R. Fischer教授證明通過(guò)仔細(xì)設(shè)計(jì)自下而上合成中使用的分子前驅(qū)體，可以合理地設(shè)計(jì)局部和全局GNR電子拓?fù)洹＿@種方法能夠確定地設(shè)計(jì)GNR體和GNR/真空終止區(qū)的拓?fù)浣缑鏍顟B(tài)。拓?fù)浣缑鎽B(tài)的超晶格允許形成新的體前沿帶（OTB和UTB）。原則上，這些拓?fù)湔T導(dǎo)帶的性質(zhì)可以通過(guò)超晶格組分的拓?fù)涫睾阈薷膩?lái)微調(diào)，從而在每個(gè)內(nèi)部7/9-AGNR界面處產(chǎn)生具有穩(wěn)健自旋中心的有效反鐵磁海森堡自旋1/2鏈。
文獻(xiàn)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0376-8
7 Nature: 石墨烯納米帶中穩(wěn)健的拓?fù)淞孔酉嗟墓こ?/strong>
上海交通大學(xué)王世勇特別研究員與瑞士材料聯(lián)邦科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室Roman課題組、德國(guó)馬普所Klaus Mullen課題組等提出一種基于原子精確石墨烯納米帶的靈活策略，以設(shè)計(jì)具有SSH描述的價(jià)電子結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固納米材料。研究人員展示了石墨烯納米帶與扶手椅邊緣的交界處拓?fù)溥吔鐟B(tài)的受控周期性耦合，以創(chuàng)建準(zhǔn)一維平凡和非平凡的電子量子相。這種策略有可能將拓?fù)潆娮訋У膸捳{(diào)整到接近感應(yīng)自旋軌道耦合或超導(dǎo)性的能級(jí)。
文獻(xiàn)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0375-9
8 Nature: 平面Josephson結(jié)中的拓?fù)涑瑢?dǎo)證據(jù)
丹麥哥本哈根大學(xué)Fabrizio Nichele團(tuán)隊(duì)和Charles M. Marcus團(tuán)隊(duì)研究了二維InAs/Al異質(zhì)結(jié)構(gòu)JJ圖形邊緣隧道電導(dǎo)的相位相關(guān)ZBPs。ZBP出現(xiàn)的臨界場(chǎng)取決于相位偏差，并且在?≈π處最小。研究人員研究了ZBP穩(wěn)定性隨場(chǎng)B | |，相?和化學(xué)勢(shì)μ的變化，得到了與有限尺寸結(jié)的拓?fù)湎鄨D定性一致的結(jié)果。結(jié)合其自頂向下的制造方法，拓?fù)渫ǖ赖南辔徽{(diào)諧無(wú)需仔細(xì)的柵極調(diào)諧，將大大簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)拓?fù)浔Ｗo(hù)量子器件所需的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)幾何結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。
文獻(xiàn)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1068-8#article-info
9 Nature: 相控Josephson結(jié)中的拓?fù)涑瑢?dǎo)
哈佛大學(xué)Amir Yacoby團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可控制的二維拓?fù)涑瑢?dǎo)平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)是基于最近的一個(gè)平面約瑟夫森結(jié)的理論建議，這個(gè)平面約瑟夫森結(jié)是由二維電子氣體（2D EG）在兩個(gè)鋁超導(dǎo)導(dǎo)線中間受強(qiáng)Rashba自旋-軌道相互作用而形成的。在這個(gè)系統(tǒng)中，平凡超導(dǎo)電性和拓?fù)涑瑢?dǎo)電性之間的相變可以用兩個(gè)獨(dú)立的旋鈕來(lái)調(diào)節(jié)：穿過(guò)結(jié)的相位差φ和塞曼能量EZ，它由施加在結(jié)平面上的外部磁場(chǎng)控制。
文獻(xiàn)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1148-9
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