拓 扑 量 子 材 料 设 计 实 验 室

“氧是万能的”之一例:被氧勾搭上就能拓扑!

2018年3月29日

材料科学能够长盛不衰,一个重要原因就是材料人擅长捣鼓新花样。虽然材料实际上就只是那么多,跟张益唐先生的素数数量无法比拟,但是我们可以随意组合出完全不同的功能来。过渡金属氧化物拔得头筹和先机,有氧的化合物基本都是好东西。随后应该是二维材料或者层状化合物了。最近硫族化合物(chalcogenides, MxXy, M =electropositive elementa, X = S, Se, Te)跟风而至,也是后来居上。

很多硫族化合物原本并没有太大作用,无非是用于光电导玻璃、催化剂和润滑剂之类。主要是利用其小(无)能隙、层状结构特征,材料科学以为早就搞得很清楚了。不过,自从盖姆撕出来石墨烯,这些层状化合物作为二维材料的母体当然会倍受青睐。加上最近拓扑量子概念的兴起,这些层状小带隙体系在二维拓扑量子材料学者的眼里就成了宝贝。

在这些硫族化合物中,第III族单层硫族化合物尤其受到二维材料学者的重视,通过调控层数,他们可以大范围调控其能带结构,从而设计出不同的光电磁功能。一方面可以掺杂、一方面可以几何剪裁、一方面可以引入缺陷。最近,大连理工的赵纪军和北京理工的姚裕贵联手,假想让不要成本的氧吸附到这些层状化合物表面,结果搞出了新颖的拓扑量子态,从而展现出很多不可思议的新功能。与掺杂和形状剪裁比较,让这些纤弱的二维结构吸附氧实在是最简单的事情了,自然能够吸引人们的眼球。从这个意义上,单层硫族化合物又跟氧扯上关系了。所以,我们说:被氧勾搭上就有好戏看。材料如戏,请欣赏赵、姚们最近发表的论文:

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