铁磁-反铁磁界面诱导锰超薄膜中稳健一维原子/电子序构的涌现机制及其维度工程应用

为解决二维晶体表面难以构建周期性一维电子态的难题，研究人员通过原子级平整体心立方铁基底生长锰超薄膜，利用扫描隧道显微术(STM)和密度泛函理论(DFT)揭示了沿[1ˉ10]方向呈现2.5/5原子行周期性的条纹状电子序构。该一维电子纹理在室温下稳定存在且抗缺陷干扰，为自旋电子学(spintronics)和量子器件提供了新型维度工程平台。

　　

在二维晶体表面构建稳定的一维电子结构是研究低维量子现象和开发维度工程纳米器件的关键。传统二维原子晶体的周期性对称性往往导致电子态全域离域化，这使得周期性一维电子态的制备成为重大挑战。最新研究发现，在原子级平整的非重构体心立方(bcc)铁基底上生长的锰超薄膜中，出现了令人惊奇的一维电子有序现象。

通过扫描隧道显微成像(STM)和谱学分析，研究者观察到锰单层和双层薄膜中分别沿[1^ˉ10]晶向排列的条纹状图案，其周期性对应2.5和5个原子行距。特别值得注意的是，双层薄膜还展现出能量依赖的相位变化特征。密度泛函理论(DFT)计算表明，准六边形锰晶格中的磁挫败(magnetic frustration)效应驱动了面外原子位移，从而稳定了这种一维有序结构。

这些电子纹理展现出优异的室温稳定性和缺陷耐受性，为在二维薄膜中设计本征一维电子图案提供了全新思路。该发现对自旋电子学器件开发、量子计算元件设计以及分子尺度工程都具有深远影响，特别是为实现原子精度的维度调控开辟了新途径。