大爆發!最强夫妻教授麥健輝、單傑年內第三篇Nature

今天要給大家介紹一對神仙夫妻檔,來自康奈爾大學的麥健輝教授和單傑教授。特別是今年,研究成果大爆發!僅僅下半年,便已經在《Nature》上發表三篇研究論文!2021年12月22日,麥健輝教授和單傑教授在《Nature》發文報導,首次在AB堆疊的MoTe2/WSe2莫爾異質雙層中觀察到的量子反常霍爾效應:在ν=1處從莫特絕緣體到QAH絕緣體的拓撲相變。

今天要給大家介紹一對神仙夫妻檔,來自康奈爾大學的麥健輝(Kin Fai Mak)教授和單傑教授。

現時兩人同在康奈爾大學工作,主要的研究方向是二維量子資料,迄今已經發表7篇Nature、22篇Nature大子刊(Nature Materials、Nature Nanotechnology、Nature Physics、Nature Photonics)。

圖1.神仙夫妻檔:單傑教授(左)和麥健輝教授(右)

特別是今年,研究成果大爆發!僅僅下半年,便已經在《Nature》上發表三篇研究論文!

2021.09.15---第一篇《Nature》:電晶體莫爾超晶格中的連續莫特躍遷

由定域電子引起的相互作用(莫特轉變)一般按照預計是發生在半填充的哈伯德模型中,當電子的動能(以頻寬W為特徵)遠遠超過它們的相互作用能(以現場庫侖斥力U為特徵)時,基態是具有明確定義的電子費米麵的金屬。相反,當U≫W時,基態是具有電荷間隙的電絕緣體。當U和W具有可比性時,系統會經歷金屬絕緣體轉變(MIT)。儘管研究人員對此現象進行了廣泛的理論研究,但具體的實驗卻少之又少。而電晶體莫爾資料在三角形晶格上實現了高度可控的哈伯德模型模擬器,提供了一個獨特的機會,通過電子相互作用的連續調諧來驅動金屬-絕緣體轉變(MIT)。

2021年9月15日,單傑教授和麥健輝教授通過電調節MoTe2/WSe2莫爾超晶格中的有效相互作用强度,觀察到每個晶胞固定填充一個電子時的連續MIT。研究發現,MoTe2/WSe2莫爾超晶格中的連續莫特轉變在300 mK,並通過電阻的縮放坍塌、隨著從絕緣側接近臨界點而持續消失的電荷間隙以及從金屬側發散的准粒子有效質量證實了量子臨界性的存在。該結果與二維連續莫特轉變的普遍批判理論一致。

圖2:頻寬調諧的金屬-絕緣體過渡。

2021.10.27---第二篇《Nature》:原子雙層中强相關激子絕緣體

想像一下,你最喜歡的電影院剛剛安裝了一個每個人都想坐的VIP座位。如果看電影的人是玻色子,一種基本粒子,他們可以同時坐在這個座位上。這就是玻色-愛因斯坦凝聚背後的物理學原理,這種現象涉及氣體中的大部分玻色子同時佔據最低能量的量子態。現時,玻色-愛因斯坦凝聚已在冷原子氣體中實現,這種氣體由溫度接近絕對零的原子組成。然而,由於所需機械的尺寸,維持微開爾文溫度絕非易事。

2021年10月27日,麥健輝與單傑教授團隊報告了一種處於平衡狀態的玻色子流體,即在TMD電晶體雙層中形成的强相關2D激子絕緣體基態。值得注意的是,它是在一個緊湊的固態設備中在高達100K的溫度下產生——這在普通物理實驗室的範圍內。當施加在兩個電隔離的TMD層之間的偏置電壓被調整到一個範圍內時,會產生准平衡空間間接激子流體,該範圍內包含束縛電子-空穴對,但不包含自由電子或空穴。電容量測表明,流體是激子可壓縮的,但電荷不可壓縮——激子絕緣體的直接熱力學證據。此外,研究人員還構建了一個激子相圖,不僅揭示了莫特躍遷和相互作用穩定的准凝聚,還為實現激子的奇异量子相位以及應用的多終端激子電路鋪平了道路。

圖3.層間激子的電儲層。

2021.12.22---第三篇《Nature》:交織莫爾條紋的量子反常霍爾效應

電子相關性和拓撲學是現代凝聚態物理學的兩個覈心線索。其中,電晶體莫爾資料,尤其是過渡金屬二硫屬化物(TMD)異質結,為工程電子相關性、拓撲結構及其相互作用提供了高度可調的平臺。現時,相關驅動的現象如莫特絕緣體、廣義維格納晶體、條紋相和連續莫特躍遷等,已經被證實。然而,迄今為止,在TMD中還沒有實現非平凡的帶拓撲。

2021年12月22日,麥健輝教授和單傑教授在《Nature》發文報導,首次在AB堆疊的MoTe2/WSe2莫爾異質雙層中觀察到的量子反常霍爾效應:在ν=1處從莫特絕緣體到QAH絕緣體的拓撲相變。與AA堆疊的異質雙層不同,面外電場不僅控制頻寬,而且通過交織以不同層為中心的莫爾帶來控制帶拓撲。在半帶填充處,對應於每個莫爾晶胞一個粒子,研究人員觀察到量化霍爾電阻h/e2(其中h和e分別表示普朗克常數和電子電荷),以及在零磁場下消失的縱向電阻。從莫特絕緣體到量子反常霍爾絕緣體的電場誘導拓撲相變先於絕緣體到金屬的轉變。令人驚訝的是,與大多數已知的拓撲相變相反,它不伴隨大量電荷間隙閉合。該項工作為發現電晶體莫爾資料中强相關性和拓撲結構的綜合影響所產生的新興現象鋪平了道路。

圖4.AB堆疊的MoTe2/WSe2異質雙層。

作者簡介

麥建輝,2005年畢業於香港科技大學,2010年獲美國哥倫比亞大學物理學博士,隨後分別在哥倫比亞大學和康奈爾大學康奈爾大學Kavli納米尺度科學研究所從事博士後研究。2014-2018年,以助理教授身份加入賓州州立大學物理系。2018年入職康奈爾大學應用與工程物理系。自2019年至今,任職副教授。麥教授先後獲得2012年IUPAP青年科學家獎、2014年國際純物理與應用物理聯合會(IUPAP)量子電子學年輕科學家獎、2015年聯邦能源部年輕研究獎及2016年美國空軍年輕學者獎。

主要研究方向為探索原子級薄資料及其異質結構中的新物理現象,包括光譜學;二維量子資料及其異質結構;固體中的Berry曲率效應;二維超導和激子凝聚;磁性;强相關物理學。迄今為止,已經在Nature、Nature Materials、Nature Nanotechnology、Nature Physics、Nature Photonics等著名期刊發表論文89篇,引用次數超39470,H-index 51。

單傑,1996年獲得俄羅斯莫斯科國立大學數學與物理專業文憑和博士學位。2001年獲得哥倫比亞大學物理學博士學位。2002-2014年,在凱斯西儲大學擔任物理學助理和副教授;2014 - 2017年,賓夕法尼亞州立大學副教授和正教授;2018年加入康奈爾大學應用與工程物理學院,擔任正教授。

單傑教授的研究重點是納米材料的光學和電子特性,特別是原子級薄的二維晶體(如石墨烯和二硫化鉬)及其異質結構。迄今已在Nature、Physical review letters、Nature Nanotechnology、Nature Physics、Nature Photonics等著名期刊發表論文189篇,引用次數39015,H-index 57。

參考文獻:

【1】Li,T.,Jiang,S.,Shen,B. et al. Quantum anomalous Hall effect from intertwined moirébands.Nature 600,641–646(2021).

https://doi.org/10.1038/s41586-021-04171-1

【2】Ma,L.,Nguyen,P.X.,Wang,Z. et al. Strongly correlated excitonic insulator in atomic double layers.Nature 598,585–589(2021).

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03947-9

【3】Li,T.,Jiang,S.,Li,L. et al. Continuous Mott transition in semiconductor moirésuperlattices.Nature 597,350–354(2021).

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03853-0

資料標籤: nature 科學 激子 科普
本文標題: 大爆發!最强夫妻教授麥健輝、單傑年內第三篇Nature
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1656035847289478
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