薛其坤/李渭研究团队在硒化铁薄膜的向列性畴界上发现拓扑边缘态

 

寻找新的拓扑边缘态是凝聚态物理研究的热点。在二维拓扑绝缘体中,其边界上的电子运动不再有能量耗散,这将为未来低功耗电子器件的开发提供可能。近日,我系李渭副教授、薛其坤教授与华中科技大学徐刚教授合作,在硒化铁(FeSe)薄膜的向列性畴界两侧发现了零能的拓扑边缘态,体系的拓扑性源于畴界处晶格的拉伸和向列序的缺失。该工作以“Edge states at nematic domain walls in FeSe films”为题发表在10月18日的Nano Letters上。

 

图1:硒化铁薄膜上的畴界与其两侧的零能边缘态

 

硒化铁体系由于较高的超导转变温度,受到了越来越多的关注。低温时,该材料电子结构的旋转对称性发生破缺,沿面内正交方向产生极大的各向异性(向列性,nematicity)。在向列序的形成过程中,材料会自发产生具有相互垂直向列序的畴,而分隔这些畴的边界被称为向列性的畴界。硒化铁材料本身的电子性质已研究的较为清楚,但对其畴界区域,受限于空间分辨率,尚未有系统研究。

利用扫描隧道显微镜技术,该研究团队发现,在畴界区域,电子的向列序被抑制,晶格也被应力拉伸。这两点直接导致该区域能带的反转,发生拓扑相变。相应的,在硒化铁畴界附近出现了位于零能的电子态,该电子态对称的分布于畴界两侧,形成清晰的拓扑边缘态(如上图所示)。第一性原理计算表明,畴界处的电子能带确实是拓扑非平庸的,在其与拓扑平庸的向列性畴交界的过渡区域出现了观测到的拓扑边缘态。这一发现不仅揭示出多层铁硒薄膜上存在拓扑态,也为硒化铁材料实现拓扑超导提供了新的思路。

清华大学物理系博士生袁永浩(2015级)为文章的第一作者,清华大学李渭副教授、华中科技大学徐刚教授、清华大学薛其坤教授为共同通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委员会、北京未来芯片技术高精尖创新中心、国家青年千人计划、北京市优秀人才青年拔尖项目的资助。

文章链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.8b03282