拓扑绝缘体的概念已被拓展为高阶拓扑绝缘体：即d维第n阶拓扑绝缘体具有受对称性庇护的无能隙的(d–n)维鸿沟态。高阶拓扑绝缘体可为摸索奇异量子现象和量子态（如马约拉纳束缚态）供给新的机遇，因而，高阶拓扑绝缘体在凝聚态物理范畴遭到了大量存眷。但是，目前很少量子质料被尝试证明为高阶拓扑绝缘体。具有单斜（1T‘）晶体构造的1T'-MoTe2被理论预言为三维二阶拓扑绝缘体的候选质料（Phys. Rev. Lett. 123, 186401 (2019); Nat. Phys. 15, 470 (2019)）。然而，当温度低于250 K时，1T'-MoTe2将发作晶体构造相变：其晶体构造将改变为正交（Td）构造。因为高温会使得能带变“模糊”，在温度250 K附近发作的从单斜改变为正交的构造相变将给在低温下尝试证明1T'-MoTe2中的二阶拓扑绝缘身形带来挑战。
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国度研究中心极端前提物理重点尝试室EX1组谌志国研究员指点博士生苏博，与北京理工大学黄元传授等合做者操纵低温拉曼光谱研究了二阶拓扑绝缘体候选质料1T'-MoTe2的晶体构造相变随该质料厚度的演化。MoTe2发作单斜至正交的构造相变时，能量约为125 cm-1的层间振动形式可被不雅测到，招致在该能量附近呈现拉曼声子峰劈裂的现象。当操纵金膜辅助解理法得到的1T'-MoTe2薄膜的厚度小于19.5 nm，温度低至80 K，层间振动形式D仍然没有呈现（见图1（a）），那表白厚度小于19.5 nm的1T'-MoTe2薄膜在低温仍然连结单斜晶体构造，没有发作如1T'-MoTe2块材中从单斜改变为正交的构造相变（见图1（b））。因为金比MoTe2的功函数大，所以，在金膜辅助机械解理1T'-MoTe2的过程中，电子从1-MoTe2转移至金膜，那将招致1T'-MoTe2被空穴掺杂（如示企图1（c））。此外，1T'-MoTe2越薄，等同量的空穴掺杂对应更高的空穴浓度。之前的理论计算研究表白：1T'-MoTe2中浓度足够高的空穴掺杂可不变其单斜晶体构造。所以，厚度小于19.5 nm的1T'-MoTe2薄膜在低温仍然连结单斜晶体构造可能是由金膜辅助机械解理引入足够高浓度的空穴招致。该研究成果为在低温下尝试察看1-MoTe2中理论预言的二阶拓扑绝缘身形打下了根底。
图1: MoTe2薄膜中晶体构造相变的低温拉曼光谱研究。（a）差别厚度的MoTe2薄膜别离在300 K和8 K的拉曼活性声子形式。（b）Lorentz拟合得到的层间振动形式的强度随薄膜厚度和温度的变革。（c）机械解理过程中电子从MoTe2薄膜转移至金衬底的示企图。
该工做得到国度重点研发方案，国度天然科学基金，中国科学院项目标撑持。参与该工做的研究人员还有：物理所雒建林研究员、周兴江研究员、张广宇研究员、杨洋副主任工程师、湖南大学杨蓉传授、天津理工大学马永昌副传授、物理所联培生侯延辉和博士生李佳蔚。该研究相关功效已颁发在Advanced Science【文章详见Bo Su et al., Adv. Sci. 9, 2101532 (2022)】。
文章链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202101532
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