首次公开采用专门开发的方法构建单原子铅层

开姆尼茨理工大学固体表面分析教授(负责人：Christoph Tegenkamp 博士教授)和技术物理学实验物理学教授(负责人：Thomas Seyller 博士教授)的科学家们正在研究低维电子气的功能化，作为“低维结构中的邻近诱导相关效应(FOR 5242)”研究小组的一部分。

在著名期刊《Advanced Materials Interfaces》最近发表的一篇文章中，由第一作者 Philip Schädlich 博士(一位专注于技术物理的实验物理学教授助理研究员)领导的研究小组首次提出了一种在专门制造的系统上对合成的二维铅层进行详细结构分析的方法。所提出的方法还使得产生足够质量的样本来全面描述结构成为可能。基础研究的新见解可能与新型电子系统的开发和用于量子计算的量子材料的开发相关。

Philip Schädlich 表示：“我们的合成，加上各个小组进行的细致数据分析，现在已经获得了二维铅层的全面图像。” Seyller 表示：“功能化石墨烯与二维电子气的受控耦合为研究和控制二维材料中的相关效应和介观现象提供了可能性，例如超导性、自旋或电荷密度波以及新型磁相。”

为了研究此类系统，研究人员在德国研究基金会 (DFG) 的资助下跨学科、跨地点开展工作。来自于利希、隆德(瑞典)、汉堡、雷根斯堡、哥廷根、斯图加特和布伦瑞克的合作伙伴参与其中。DFG 研究小组发言人 Christoph Tegenkamp 教授博士表示：“我们的研究小组必须高度融合不同专业能力，才能详细探索此类复杂问题的各个方面。只有这样，自制系统的结构和电子特性才能联系起来。”

自然的把戏：响应不饱和键的域边界

“二维铅层的结构形成是基于我们从之前的硅表面吸附铅实验中得知的图案，”负责协调大部分实验的 Philip Schädlich 博士解释道。然而，引线键的灵活性导致相图发生很大的变化，为此建立了术语“魔鬼的阶梯”。

相反，在当前的实验中，衬底和铅层之间的晶格失配导致衬底的每个硅原子中的铅原子短缺，从而导致衬底表面上的铅和不饱和键的应变。

研究人员现在知道了其中的原因：“这是大自然的一个把戏。铅层形成了区域，其中铅原子局部弛豫到它们最喜欢的距离，并且区域足够小，因此铅和基底晶格之间的总偏移量不会太大，”Schädlich 解释道。Tegenkamp 教授工作组的博士生 Chitran Ghosal 解释说：“要做到这一点，相邻域的中心必须彼此稍微偏移，这样所得的域边界就包含足够的铅原子，自动补偿所有不饱和键。”

领域边界的重要性

铅层的结构也对石墨烯有影响。因为数据评估显示电荷载流子浓度极低，比外延石墨烯低约 1000 倍。“与氢等更有效的嵌入剂不同，铅层还能够屏蔽或补偿基材的自发极化，从而提供准电荷中性，”Ghosal 继续说道。

此外，借助扫描隧道显微镜在四开尔文(约-269摄氏度)的低温下，揭示了所谓的凯库勒基态的指纹。在这里，畴边界也发挥着重要作用，因为由于电荷中性，散射在其上的电子仅具有有限的可用相空间。

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