北理工團(tuán)隊在二維平帶研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2024-03-14 供稿：物理學(xué)院 攝影：物理學(xué)院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數(shù)：
近期，北京理工大學(xué)物理學(xué)院姚裕貴教授團(tuán)隊提出了一個結(jié)合高通量第一性原理計算和二維平帶評判標(biāo)準(zhǔn)的雙層篩選框架，用以過濾和判定高質(zhì)量的范德華平帶材料,。相關(guān)研究成果以“Cataloging High-Quality Two-Dimensional Van der Waals Materials with Flat Bands”為題發(fā)表在國際頂級期刊《Advanced Functional Materials》上。
固體材料中的新奇物性很大程度上與其電子能帶結(jié)構(gòu)密切相關(guān),。例如,，在諸多能帶色散關(guān)系中，無色散平帶因其自身呈現(xiàn)出超高態(tài)密度以及完全猝滅電子動能等特點,，導(dǎo)致出現(xiàn)多種強關(guān)聯(lián)物理新效應(yīng),，包括分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)、非常規(guī)超導(dǎo)和關(guān)聯(lián)絕緣態(tài)等，引起凝聚態(tài)物理學(xué)和材料科學(xué)的極大關(guān)注,。相比于三維材料或當(dāng)前研究較為廣泛的多層轉(zhuǎn)角平帶體系,，范德華平帶體系具有更低的維度和更多的可調(diào)性，提供了更清晰的晶格模型,，這使得二維范德華材料成為探索平帶物理及其潛在應(yīng)用的理想平臺,。然而，在平帶物理領(lǐng)域研究中,，仍然缺乏一種簡單高效的方法來尋找具有平帶特征的范德華材料,。
圖1 篩選二維范德華平帶材料的流程圖。該篩選流程可以識別平帶的特征,，并通過“初級靶向”和“二級篩選”兩層篩選框架來構(gòu)建高質(zhì)量平帶材料目錄,。
姚裕貴教授團(tuán)隊率先提出了一種雙層框架來篩選和判定高質(zhì)量的平帶范德華材料。圖1展示了篩選二維范德華平帶材料的流程圖,，旨在識別具有合成潛力和易于實驗驗證的平帶材料,。通過采用拓?fù)淇s放方法，團(tuán)隊從包含187093種無機(jī)晶體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫中,，初步獲得了861種潛在的單層材料,。為了高效精準(zhǔn)地篩選平帶目標(biāo)，姚等人提出了一種簡單,、通用的規(guī)則,，即二維平帶評分標(biāo)準(zhǔn)，用于有效識別各種候選平帶材料,，并為二維平帶高品質(zhì)篩選提供指導(dǎo),。通過獨特的二維平帶評分標(biāo)準(zhǔn)，團(tuán)隊成功診斷出了229種平帶候選材料,，并進(jìn)一步判定了74種具有靠近費米能級平帶的材料,。這項工作提供了一份詳盡的、在費米能級附近具有平帶特征的高質(zhì)量范德華材料目錄,，為進(jìn)一步探索這類特殊材料的新奇物性提供豐富的材料平臺,。
該工作得到國家自然科學(xué)基金委、科技部,、北京理工大學(xué)青年教師學(xué)術(shù)啟動計劃等單位的支持,。北京理工大學(xué)物理學(xué)院博士生段璟奕、馬大帥博士（2021屆博士畢業(yè)生,，現(xiàn)供職于重慶大學(xué)）為該工作的共同第一作者,，張閏午副教授、姚裕貴教授為共同通訊作者,。另外,，北京理工大學(xué)余智明教授,、蔣偉教授、張澤英副教授（2019屆博士畢業(yè)生,，現(xiàn)供職于北京化工大學(xué)）,、博士生崔朝喜也對此工作做出了貢獻(xiàn)。相關(guān)結(jié)果發(fā)表于國際頂級期刊Advanced Functional Materials (IF: 19.0)：Jingyi Duan,? Da-Shuai Ma,? Run-Wu Zhang*, Wei Jiang, Zeying Zhang, Chaoxi Cui, Zhi-Ming Yu, and Yugui Yao*; “Cataloging High-Quality Two-Dimensional van der Waals Materials with Flat Bands”, Advanced Functional Materials, 2313067 (2024). (?為共同一作,；*為共同通訊作者,。)
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202313067
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