张晨栋课题组在一维关联电子态领域取得新进展

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在低维电子体系中，多体相互作用有着至关重要的影响。特别是在一维电子体系中，多体相互作用使得体系中出现了多种新奇的关联量子态，如Tomonaga-Luttinger液体态、电荷密度波态、Mott绝缘态和Wigner晶体态等。而真实的一维材料系统中，多种关联物态往往存在相互交叠或竞争关系，使得系统中电子基态的相图变得复杂。因此，从实验上调控一维体系中的关联物态十分具有挑战。这其中的一个难点便是获得理想的一维系统，使得其在保持独立性的同时又易于操控。迄今为止，大多数一维关联物态的研究都基于更高维度环境中的一维通道，如金属性纳米线/纳米管的集束、二维材料中的孪晶晶界、量子自旋霍尔绝缘体的螺旋边界态及化学吸附在半导体表面的原子链等，这些复杂的环境使得对本征一维物态的研究和调控受到了阻碍。
        近期，武汉大学物理科学与技术学院张晨栋课题组在一维关联电子态的观测与调控上取得新进展。该工作以“Observations of Charge-Density-Wave States in W6Te6 wires”为题，发表在《纳米快报》（Nano Letters）上。武汉大学物理科学与技术学院为文章第一署名单位，2021级博士生邓京昊为文章第一作者，张晨栋教授为文章通讯作者。
       张晨栋课题组在通过分子束外延制备的少根W6Te6纳米线体系中直接观测到了Peierls型电荷密度波态。利用低温扫描隧道显微镜与扫描隧道谱技术，该工作在几乎不存在无序态的双根W6Te6线中直接观测到了非公度的电荷序、带有显著相干峰的能隙与皮米量级的周期性晶格畸变，揭示了其中的电荷密度波基态。进一步研究发现，无序态的出现会消除相干峰并将系统基态转为赝能隙态，导致系统中出现绝缘体-金属转变。在具有赝能隙态的纳米线中，费米面附近的幂律型态密度抑制与准粒子干涉分析表明这一赝能隙态为Tomonaga-Luttinger液体态。此外，通过结合针尖操控的纳米线折叠技术与统计分析发现，纳米线的范德华堆叠会抑制其电荷密度波态能隙的大小，使其从57meV（双根）降低至18meV（五根）。这一研究提供了一个研究多体物理的一维范德华材料平台，并在其中演示了范德华堆叠和无序态对一维体系中多体电子基态调控的重要作用。

图一：W6Te6纳米线中的Peierls能隙、电荷序与晶格应变

       以上研究收到国家重点研发项目、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项等基金资助。
       文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01373
          文章来源：武汉大学
       张晨栋，武汉大学物理科学与技术学院教授、博士生导师，2005年安徽大学物理系获得学士学位，2011年中国科学院物理研究所毕业获博士学位，毕业后于美国得科萨斯大学奥斯汀分校从事博士后研究。主要从事表面物理、低维量子体系如二维范德瓦尔斯材料方面的研究。