中國粉體網(wǎng)7月22日訊  近期，中國科學(xué)院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心田明亮研究員課題組在金屬鉍納米帶研究中取得了新進(jìn)展。研究人員在超薄的單晶鉍納米帶中觀察到具有典型二維特征的Shubnikov-de Haas（SdH）量子振蕩行為，同時(shí)低磁場(chǎng)各向異性磁電阻結(jié)果確認(rèn)了薄樣品中的量子輸運(yùn)行為來源于二維表面態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果首次清晰地給出了Bi薄納米帶中不僅存在二維金屬表面態(tài)且該金屬表面態(tài)有可能是拓?fù)浔Ｗo(hù)的。　　

    元素Bi是一種半金屬材料，具有許多其它金屬?zèng)]有的特殊性質(zhì)，如極小的費(fèi)米面面積、極小的有效載流子質(zhì)量、很低的載流子密度及非常長的電子平均自由程等，這些性質(zhì)使Bi一直成為研究宏觀量子現(xiàn)象的理想材料。近年來在強(qiáng)磁場(chǎng)下對(duì)Bi單晶的研究中，發(fā)現(xiàn)了一系列新奇的量子現(xiàn)象不能夠用現(xiàn)有的理論模型理解，例如高磁場(chǎng)量子極限下的反常量子振蕩行為等，更是使這一材料再次引起了廣泛的關(guān)注。　　
    最近對(duì)金屬鉍（Bi）薄膜的研究中發(fā)現(xiàn)，金屬Bi薄膜可能存在性質(zhì)不同于內(nèi)部塊體的二維金屬表面態(tài)，但對(duì)表面態(tài)的機(jī)理理解不清楚。寧偉副研究員和孔鳳玉博士后等利用水熱方法合成出高質(zhì)量Bi單晶納米帶，在強(qiáng)磁場(chǎng)（~31 T）、極低溫（300mK）平臺(tái)上，對(duì)不同厚度納米帶的電導(dǎo)特性進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在超薄的納米帶中（~40 nm）能觀察到具有典型的二維特征的SdH量子振蕩現(xiàn)象，同時(shí)SdH振蕩朗道量子指數(shù)與磁場(chǎng)倒數(shù)的關(guān)系出現(xiàn)截距為-1/2；而在厚的納米帶中（~120 nm），只觀察到具有三維特征的量子振蕩行為，同時(shí)其截距接近于 0。這些結(jié)果不僅給出了Bi超薄納米帶存在二維金屬表面態(tài)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)且首次清晰地表明該金屬表面態(tài)有可能是受拓?fù)浔Ｗo(hù)的，如量子尺寸效應(yīng)使經(jīng)典的Bi半金屬轉(zhuǎn)變?yōu)橥負(fù)浣^緣體等。

　　這一研究工作對(duì)深入認(rèn)識(shí)Bi的表面態(tài)及塊體單晶在強(qiáng)磁場(chǎng)下的各種量子行為具有重要的意義。相關(guān)研究成果發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會(huì)近期出版的ACS Nano上�！　�

    該項(xiàng)研究獲得科技部“973”項(xiàng)目、基金委國家自然科學(xué)基金及中科院“百人計(jì)劃”項(xiàng)目的支持。