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上海交通大學物理與天文系賈金鋒教授的實驗團隊長期致力于新型量子材料的制備與研究，曾經(jīng)在國際上率先制備出拓撲絕緣體/超導體異質結，在薄膜外延生長方面有豐富的經(jīng)驗。外延生長中，襯底的選擇是非常重要的。通常要選擇與待生長材料晶格相差很小的材料做襯底，但單層錫烯在晶格失配度非常小的半導體InSb襯底上的生長卻失敗了。該團隊嘗試了其它幾種襯底，但都沒有成功。能不能找到合適的襯底，令團隊的每個人都非常擔心。受他們以前在碲化鉍襯底上成功制備二維拓撲絕緣體鉍單層薄膜的啟發(fā)，終他們決定在碲化鉍襯底上進行再一次嘗試。經(jīng)過不斷的摸索，在精確控制好生長條件后，他們終于發(fā)現(xiàn)在這個襯底上，Sn原子的生長方式發(fā)生了變化，逐漸形成了層狀的薄膜，就這樣人們夢寐以求的錫烯被制備出來了。
為了證明所制備的薄膜是錫烯，研究過程中團隊還克服了兩大難題。個難題是如何確定單個錫烯薄膜中雙原子層的相對高度。通常情況下，掃描隧道顯微鏡只能看到表面的一層原子，無法看到下面的第二層原子。通過大量的實驗比對，研究團隊終成功觀察到雙原子層內部結構，并精確測定了雙原子層的相對高度。第二個難題是如何確定外延薄膜的電子能帶結構。由于薄膜厚度不到0.4納米，而用來確定電子能帶結構的角分辨光電子能譜信號中包含了眾多的基底信號，這造成了極大的混淆。研究團隊創(chuàng)新性地將錫烯的生長設備搬到同步輻射光源，利用同步輻射光源光子能量和光子偏置可變的特性，成功實現(xiàn)了錫烯的電子能帶結構和基底信號的完全分離，并進一步利用原位表面電子摻雜的方法，精確確定了空態(tài)的部分能帶結構。研究團隊發(fā)現(xiàn)，實驗確定的原子結構及電子能帶結構和性原理計算的結果具有優(yōu)異的一致性，從而真正地證實外延生長的確是二維錫烯薄膜。
  鶴壁市華維測控技術工程有限公司，位于鶴壁市高新技術開發(fā)區(qū)，是鶴煤集團科技處下屬的科技型實體企業(yè)，主要承擔鶴煤集團煤礦、選煤設備、煤倉、料倉、破拱、空氣炮及自動化系統(tǒng)的研制、改造、設計、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售。技術力量雄厚，機加工藝完善，產(chǎn)品檢驗及使用環(huán)境標準規(guī)范，質量管理嚴格遵循國際ISO:9000認證標準，實施產(chǎn)品“三檢”制度，即用戶使用驗收制度，產(chǎn)品質量跟蹤制度，售后信息反饋制度。傾心打造穩(wěn)定、可靠、具性價比的工礦自動化產(chǎn)品。
據(jù)介紹，隨著石墨烯研究的巨大成功，類石墨烯結構的IV族元素二維晶體材料成為凝聚態(tài)物理和材料科學領域關注的焦點。2013年，斯坦福大學張首晟教授理論預言，二維類石墨烯晶體錫烯具有極其優(yōu)越的物理特性，是一類大能隙二維拓撲絕緣體，有可能在室溫下實現(xiàn)無損耗的電子輸運，因此在未來更高集成度的電子學器件應用方面具有極其重要的潛在價值。同時，通過對錫烯的調控，還能夠實現(xiàn)拓撲超導態(tài)、優(yōu)越的熱電效應、室溫下的反常量子霍爾效應等新奇特性。不過，雖然錫烯在理論上是一種非常理想的新型量子材料，但是由于巨大的材料制備和物理認知上的困難，如何在實驗上制備出錫烯材料，成為當前國際凝聚態(tài)物理和材料學領域科研人員努力的重要前沿焦點。

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賈金鋒教授表示，我們的實驗成果為未來實現(xiàn)其奇特物理性能提供了重要的條件。今后研究的大挑戰(zhàn)是如何實現(xiàn)基底和薄膜電學上的隔離，以便探究其特殊的電學特性。我們將進一步系統(tǒng)、深入地開展錫烯薄膜晶體結構和電子結構的調控、量子輸運特性測量等重要后續(xù)研究。
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原標題:上海交大二維類石墨烯晶體錫烯實驗制備取得重要突破