博文

中国半导体十大研究进展候选推荐（2023-044）——半导体黑磷的超快瞬时能带调控

已有 343 次阅读 2024-1-3 10:48 |系统分类:论文交流

1 工作简介

——半导体黑磷的超快瞬时能带调控

清华大学物理系周树云研究组、段文晖研究组、北京航天航空大学汤沛哲研究组和物理所孟胜研究组开展实验和理论合作研究，首次在半导体材料黑磷中实现了激光诱导的超快瞬时能带调控，研究成果以”黑磷的弗洛凯能带调控及赝自旋选择特性”（Pseudospin-selective Floquet band engineering in black phosphorus）为题发表在2023年Nature杂志。

光与物质的相互作用不仅是探究低维量子材料微观物理的重要探测手段，而且有望作为瞬时物态的超快调控手段，实现平衡态所不具有的新物态、新效应。相关研究不仅是凝聚态物理、材料科学及超快物理领域的科学前沿，而且还有望为未来新型高速器件的研发奠定重要的科学基础。其中，一个备受关注的研究方向是通过周期性振荡的势场诱导量子物态的变化，进而实现对量子材料电子结构、对称性及拓扑性质的瞬时调控，简称弗洛凯调控（Floquet engineering）。该概念自提出后在凝聚态物理、冷原子物理、光晶格等领域中受到了广泛的关注。然而，尽管理论方面涌现出丰富的预言，与之形成鲜明对比的是凝聚态体系中的实验进展较少。很多关键的科学问题，例如，能否在半导体材料中实现能带结构的瞬时调控，仍有待实验的证实。该问题的解决是通往光致瞬时拓扑物态的重要的一步。

周树云研究组利用中红外超短脉冲激光共振激发，首次在半导体材料黑磷中观测到飞秒脉冲激光诱导的瞬时能带调控，并结合理论计算，确认其与黑磷的赝自旋具有独特的耦合作用。该工作是自时间周期势场驱动的弗洛凯调控被提出以来，首次在半导体材料中实现的激光诱导能带调控的实例，对实现非平衡态超快瞬时物性调控及探索新型高速光电器件具有重要科学意义。

_{图1. 飞秒脉冲激光诱导的黑磷超快瞬时能带调控。}

该研究成果以“Pseudospin-selective Floquet band engineering in black phosphorus”为题发表在2023年Nature杂志，并入选ESI高被引论文和热点论文。Nature同期刊发News & Views文章评述该工作的科学意义，指出“该发现为固体材料中奇异电子态的含时调控开辟了新的道路”。该论文的通讯作者是清华大学物理系周树云教授，论文共同第一作者为清华大学物理系博士生周绍华和清华大学“水木学者”博士后鲍昌华。合作者包括清华大学物理系段文晖院士、于浦教授，北京航空航天大学汤沛哲教授，中国科学院物理所孟胜研究员等。该研究工作得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金项目的资助。

2 作者简介

通讯作者

周树云，清华大学物理系教授，杰青、长江。

从事凝聚态实验物理研究尤其是低维量子材料的电子能谱和超快动力学研究，近年来在新奇拓扑材料、二维材料异质结的能带调控及非平衡态超快动力学研究等方面取得多项重要研究进展。任《中国物理快报》编委，中国物理学会理事、中国物理学会咨询工作委员会委员、国际纯粹与应用物理学联合会（IUPAP）凝聚态结构和动力学专业委员会委员。