(2014年第13期)

题 目： 从锑、铋原子层结构中寻找单元素拓扑绝缘体
报告人：王学森 副教授（新加坡国立大学）
时  间：2014年11月19日（周三）上午10：00；
地  点：中心教学楼610

ABSTRACT
拓扑绝缘体是一种新奇的量子物态，其内部为绝缘体但边缘有导电态。这些边缘电子态具有拓扑保护、自旋偏振等特性, 在自旋电子学、量子输运等领域有着诱人的应用前景。当前被理论计算和实验证实的拓扑绝缘体基本上都为化合物(如Bi2Se3、Bi2Te3)或合金(如Bi1-xSbx)材料。实验表明这些材料内部的杂质和缺陷态往往在输运过程中占主导地位, 严重限制了拓扑电子态奇异性能的发挥。单元素拓扑绝缘体有可能弥补化合物/合金材料的这些不足。借助量子受限效应, 我们在半金属元素锑(Sb)的纳米结构中探寻拓扑绝缘体。通过对Sb薄膜进行DFT计算和扫描隧穿电子谱(STS)分析, 我们发现在厚度为5-17 BL (1.9-6.5 nm)时是三维拓扑绝缘体 (3D TI)。然而我们也发现Sb薄膜两个表面的电子态之间有明显偶合, 对器件应用会带来不利影响。我们还在铋(Bi)/锑原子层结构中探寻2D TI. 已有理论预言双原子层(1-BL) Bi(111)是一种2D TI,但缺乏实验验证。我们首先制备出1-BL Bi(111)样品, 并用STS分析了它的电子态,发现其具有二维拓扑绝缘体的一些特征。另外, 已有的DFT结果预言氢化后的1-BL Bi(或称BH(111))是一种宽禁带2D TI. 我们对Bi薄膜进行氢化处理,  以期获得BH (111).

报告人简历：
王学森, 1982年毕业于复旦大学物理系，1990年在马里兰大学获得物理学博士学位，先后在香港科技大学、新加坡国立大学任助理教授，2007年至今在加坡国立大学任助理教授任副教授。主要研究领域包括表面科学、薄膜、纳米科学。主要成果有：用STM测定硅（111）表面上原子台阶的相互作用及对表面稳定性的影响，并利用吸附改变表面上原子台阶的尺寸与统计分布；确定了Ge/GaAs（001）界面形成时的原子结构演化及Ge在GaAs（001）上的SK生长模式；STM测定离子轰击GaAs（110）表面产生的缺陷构造，表面粗糙过程， 以及这些缺陷对Ge在GaAs（110）上沉积生长的影响；在硅（111）表面成功制备出晶态外延氮化硅薄膜，并分析了表面及界面的原子结构；分析在石墨、硫化钼及氮化硅薄膜上自组生长的Si、Ge、Al、Sb、Bi、Mn、MnSb等团簇、纳米晶粒及纳米线(链)的形貌与表面原子结构随颗粒尺寸的变化；从锑、铋薄膜及纳米结构中寻找单元素拓扑绝缘体。

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邀 请 人：姚裕贵 教授
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