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1、我校姚裕贵教授的硅烯研究取得阶段性进展硅烯(silicene)是单层硅原子构成的有起伏的二维六角蜂窝结构，如图1。—方而，硅烯由丁•具冇与右墨烯类似的六角蜂窝结构，使得石墨烯屮大多数新奇的物理性质，比如低能相对论的线性色散关系，都可以在硅烯中实现；另一方面由于硅烯具冇起伏的结构，使得硅烯拥冇石墨烯所不具冇的一些优异性质。近年来，姚裕贵教授研究组对硅烯体系进行了深入的研究，取得了一系列突出成杲。量了口旋霍尔效应概念最早i]Pennsylvania大学的Kane和Mele提出，并认为在单层石墨烯样品口J实现。但姚裕贵教授等随后的工作表明
2、由于自旋轨道耦合在石墨烯屮打开的能隙仅ueV量级，由此可以断定在木征石墨烯屮只有在极低温(O.OlmK)下才有可能观测到量子化的自旋霍尔效应。【Phys.Rev.B75,041401(R)(2007),引用199次】。目前，实验上量子自旋霍尔效应仅在HgTe・CdTe量了阱体系中观测到，而该材料制备非常困难，这使实验研究受到很大的限制。想解决这一困境唯冇另辟蹊径，2011年，姚裕贵教授研究组预言了在硅烯中18K温度下可以实现量子自旋霍尔效应。此外，该小组还预言了二维错与锡原子体系中也可实现量子自旋霍尔效应，并有可能在室温下观测到量子
3、口旋霍尔效应【Phys.Rev.Lett.107,076802(2011),引用59次；Phys.Rev.B84,195430(2011),引用24次】。硅烯可以非常好地与当今的硅基半导体工艺兼容，这是其他量了口旋霍尔体系所不具冇的，可以预期硅烯冇广泛的应用前景。图1硅烯的晶体结构和能带图。⑻,(b)分别为侧视图和俯视图。(C)定义了一个起伏角度。(d)能带图。放大上述理论预言的提出立即引起了国际上的广泛兴趣，许多世界顶级实验室包括法国、口本和中国等国家的实验小组都在努力合成硅烯材料，争相投入到这场竞争屮来，沿着这个思路在硅烯屮寻找
4、量子自旋霍尔效应。最近，北京理工大学物理学院姚裕贵教授以及I■専士牛刘钺钺在前面研究工作基础上，与中科院物理所吴克辉研究员实验小组以及孟胜研究员小组合作，对硅烯的品体结构及电子性质展开了研究，并获得了一系列进展。通过在Ag表面上外延硅烯，发现了硅烯在Ag(111)面上形成新奇的V3xV3超结构相，同吋结合第一原理计算，给出这种超结构的可能原子结构如图2所示。该工作还证实了硅烯屮的Dirac费米子的存在，为进一步研究硅烯中的新奇量子效应提供了坚实的基础，成果发表在Phys.Rev.Lett.109,056804(2012)o此外进一步
5、理论计算结合实验表明，在合适的温度和覆盖度卜，能够形成单原了层、甚至多原了层的硅烯薄膜。该工作对于如何制备硅烯薄膜给出了详细的指导信息，成果发表在NanoLett.12,3507(2012)o最近，姚裕贵研究组和合作者还研究了双层硅烯的性质，预测了该体系将会出现d+icf手性拓扑超导性；通过对该体系施加应变，进一步预测在该体系中可能实现高温超导性【arXiv:1208.55961如杲能被实验验证，那么这一发现很有可能将会使现代硅工业进入一个新纪元！需耍指出的是，最近有实验迹象表明，硅烯可能是超导体【arXiv:1301.1431]o
6、以上工作得到了国家自然科学基金委、科技部的资助。图2A、B,Ixl(AB)的硅烯和73x73超结构(AB-A)的俯视图和侧视图。注意在J3xJ3超结构的(2/3,2/3)的硅向下起伏。红色、黄色和绿色分别代表A位、B位和-A位。C,lxl(AB)的硅烯和J3x参考文献1.Cheng-ChengLiu,WanXiangFengandYuguiYao,Phys.Rev.Lett.107,076802(2011).1.Cheng-ChengLiu,HuaJiangandYuguiYao,Phys.Rev.B84,10195430(2011
7、).2.L.Chen,Cheng-ChengLiu,B.Feng,X.He,P.Cheng,乙Ding,S.Meng,YuguiYao*,K.Wu*,Phys.Rev.Lett.,109,056804(2012)3.B.Feng,乙Ding,S.Meng,YuguiYao,X.He,P.Cheng,L.Chen,andK.Wu,NanoLett.12,3507(2012).4.FengLiu,Cheng-ChengLiu,KehuiWu,FanYang,YuguiYao,arXiv订208.5596(2012).
