研究透视：Nature-黑磷-无序金属掺杂-晶体绝缘体中的赝能隙

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在晶体结构中，能带将电子波的能量与其波数联系起来，也是理解电子的行为方式。即使在只有短程有序的物质相（液体或无定形固体）中，电子波的相干部分，仍然具有能带结构。近日，韩国延世大学Keun Su Kim团队在Nature上发文，报道了在结晶绝缘体（黑磷）和无序掺杂剂（碱金属）的界面处，观察到的异常能带结构。

黑磷是一种层状材料，其中磷原子的蜂窝状晶格，被调制成一系列锯齿状的脊和谷。碱金属在黑磷上的分布显示径向（和各向异性）结构，是液相或玻璃相的关键特征，反映了在排斥相互作用下，随机分布掺杂剂的平均原子间距离（或短程有序）。图为液态金属理论中，预测的电子能带结构。黑色粗线显示能量 (E) 与由 Re(Δk) 重新归一化的 k' 的色散关系，灰色粗线是自由电子的二次能带结构 (E ≈ k2) 重新归一化。灰色区域表示 k 相对于 Er 和 kr 在 ±Im(Δk) 范围内的扩展。插图显示了作为 k 重整化的结果的相应状态密度 (DOS)。b基于 STM 模拟为黑磷上的无序碱金属。c快速傅立叶变换图像后的倒易晶格。蓝色椭圆是每个面内 k 方向的倒易晶格向量的一半集合，对应于液态金属模型中的 kr。d为EF 处的恒定能量等高线，预期黑磷表面掺杂 ne = 1.0 × 1014 cm-2 并绘制在表面布里渊区。

图为无序碱金属掺杂黑磷的电子结构。a-c掺杂黑磷的导电带，以定位 EF 处的 C2 带底部（ne = 1.0 × 1014 cm−2）。d-o表面掺杂不同种类碱金属 Na (d-f)、K (g-i)、Rb (j-l) 和 Cs (m-o) 的块状黑磷，其能带结构。角分辨光电子能谱(ARPES) 在 15-35K 处测量，光子能量为104 eV。a-c 中的灰线是价带，其光谱强度在沿 ky 的 ARPES 数据中被完全抑制。ks 和 kx 中抑制变得不完整，使得强度在 C1 波段底部下方的垂直扩展。

自由电子的传统抛物线能带结构向零波数弯曲，其赝能隙为费米能级30-240毫电子伏特。这是由共振散射引起的波数重整化，导致在碱金属离子的散射势中形成准束缚态。由不同种类的无序碱金属（钠、钾、铷和铯）调节的这种电位的深度，允许对p波和d波共振的赝能隙进行分类。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03683-0

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03683-0

原文链接：http://www.cailiaoniu.com/225544.html

本文节选自“材料牛”。

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