【儀表網 研發快訊】具有非平庸晶格結構的二維材料中存在豐富的物理特性，這些特性由于受到對稱性的保護而非常穩定。自以石墨烯和硅稀為代表的蜂窩晶格在布里淵區的K點存在線性色散狄拉克錐特性被發現以來，眾多類石墨烯蜂窩晶格的二維晶線圖晶格體系由于極有可能是實現拓撲和平帶的良好平臺而引起了凝聚態物理學的廣泛研究興趣。這些二維線圖晶格包括如Kagome晶格、Lieb晶格、Checkerboard晶格、Ruby晶格等。迄今為止，Kagome晶格、Lieb晶格、Checkerboard晶格等都已有一些實驗上實現的報道，但二維Ruby晶格能否在實驗上實現還不明確。Ruby晶格能帶結構表現為兩個特征：在K點處的兩個狄拉克錐和在動量空間中沿著M-Г線的兩個平帶。這些平帶來自晶格中布洛赫波函數的幾何阻銼，在未來的自旋電子學和量子器件中具有潛在的應用。
 

　　中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心吳克輝團隊和合作者利用分子束外延技術在Au(111)表面合成了單層的CuCl1+x納米結構，結合掃描隧道顯微鏡(STM)及其能譜(STS)技術、X射線光電子能譜(XPS)對其進行了深入研究，并利用第一性原理計算(DFT)，證明了該CuCl1+x 單層納米結構是一個理想的二維Ruby晶格體系。研究表明，CuCl1+x在Au(111)表面形成了一種Cu6Cl8的配位結構，其中Cu原子的排列方式完全符合Ruby晶格結構。STS譜和DFT計算揭示了Cu6Cl8 Ruby晶格位于未占據態3.6eV處的Ruby晶格平帶特征峰，以及位于3.7eV處的邊界態特征。
 

　　該工作首次在一個實際材料體系中實現了二維Ruby原子晶格的構建，觀察到了Ruby晶格相關的能帶特征峰和邊緣電子態。為進一步研究Ruby晶格中有趣的電子結構和豐富的物理現象提供了良好的平臺。
 

　　本工作受到了科技部、國家自然科學基金委和中國科學院的資助。中國科學院物理研究所和松山湖材料實驗室聯合培養的博士生劉子嘉同學、浙江大學博士生陶圣旦同學為該論文共同第一作者。吳克輝研究員、陸赟豪教授和何小月研究員級工程師為該論文共同通訊作者。相關研究結果以“Realization of Material with an Atomic Ruby Lattice”為題發表在Nano Lett. 24, 11075−11081 (2024) (DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c03236)。
 

　　圖(a)Ruby晶格模型及其特征能帶結構。(b)Au(111)表面形成的單層CuCl1+x納米結構，表現為Ruby晶格。(c-d)Ruby晶格的邊緣態。