单层 Mo33Te56：开启戈薇物理研究新征程，解锁新奇量子态奥秘

为解决戈薇模型在单层极限下相关物理特性未被探索的问题，研究人员开展了关于单层 Mo33Te56中戈薇物理的研究。结果发现该体系存在铁磁有序和关联绝缘态，这为研究戈薇物理及设计具有强关联效应的二维材料提供了重要依据。

　　在奇妙的凝聚态物理世界里，科学家们一直对戈薇模型（kagome model）充满好奇。戈薇模型本质上是二维的，其由戈薇带驱动的新奇电子态蕴含着巨大的研究价值。然而，令人遗憾的是，在单层极限下，戈薇物理的核心特征 —— 那些由靠近费米能级（E_F）的戈薇带所引发的关联现象，始终未被成功揭示。此前，虽然一些过渡金属化合物被视作戈薇磁体，但它们的电子带结构受层间相互作用影响变得复杂，戈薇带的独特性质被掩盖。人工构建的多层材料虽能产生平带，但存在载流子密度低、对堆叠角度要求苛刻等问题，难以制备出适用于实际应用的样品。在这样的背景下，探索能展现纯净戈薇物理的理想体系迫在眉睫。

为了攻克这些难题，武汉大学、中国人民大学、兰州大学、中国科学院等研究机构的研究人员展开了深入研究。他们通过精准的实验操作和理论计算，成功在单层 Mo₃₃Te₅₆体系中实现了戈薇物理。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为该领域的发展带来了新的曙光。

研究人员运用了多种关键技术方法。在样品制备方面，采用分子束外延（MBE）技术，在双层石墨烯（BLG）/SiC (0001) 上合成 H 相单层 MoTe，再经过退火处理获得有序的超结构相。在表征手段上，运用扫描隧道显微镜（STM）、非接触原子力显微镜（nc-AFM）对样品的结构和电子态进行观测，结合密度泛函理论（DFT）计算和紧束缚（TB）计算，深入分析体系的电子结构和磁性等性质。

研究结果主要包含以下几个方面：

• 原子结构与超晶格特征：通过 STM 和 nc-AFM 观测发现，退火后的样品形成了具有高度均匀性的镜面对称边界（MTB）环超晶格。该超晶格呈现出独特的车轮状形态，其晶格常数为 1.91nm。研究人员据此提出了 Mo₃₃Te₅₆的原子结构模型，该模型的形成能在特定范围内最低，有力地验证了模型的合理性。
• 电子结构与戈薇带：DFT 计算表明，Mo₃₃Te₅₆单层存在两组戈薇带，它们在 E_F附近混合，使得部分能带部分填充。这些窄带对应着平带（FBs），其起源于 MTB 环晶格的特殊对称性。例如，B3、B4 和 B5 带（KBs1）形成了呼吸戈薇晶格，B5 带近乎平坦，宽度仅 0.4meV 。
• 铁磁性质：基于 Stoner 准则计算以及 DFT 结果，研究人员预测该体系存在自发的巡游铁磁（FM）态。自旋极化 STM（SP-STM）测量进一步证实了这一结论，在 0.35K 时观测到明显的铁磁滞回线，矫顽场约为 0.1T。自旋密度分布显示，自旋极化电子主要分布在 MTB 周围的 Mo 原子上。
• 关联绝缘态：在 0.35K 下的高分辨率隧道谱中，研究人员观察到 E_F处存在 15.23±1.86meV 的硬能隙。通过测量能隙随温度的变化，发现其随温度升高而缩小，且不能用热展宽来解释，表明该能隙源于电子关联效应，使体系呈现关联绝缘态。

研究结论和讨论部分指出，该研究首次在单层 Mo₃₃Te₅₆中实现了戈薇相关的电子态，包括巡游铁磁性和关联绝缘行为。这不仅为研究戈薇物理提供了一个理想的平台，还为设计具有强关联效应的二维范德华材料开辟了新途径。未来，研究人员可进一步探索掺杂对关联绝缘体的影响，通过调节载流子密度，深入研究该体系的量子特性。这一研究成果在凝聚态物理领域具有重要意义，有望推动二维材料量子态调控等相关领域的发展，为后续的基础研究和潜在的技术应用奠定坚实基础。