Nature:無序金屬摻雜引起的晶體絕緣體中的贗能隙

【引言】

在1960年代，對液態金屬的能帶結構進行了一系列開創性的理論研究。就像玻璃材料具有明確定義的復折射率一樣，在多重散射影響下的電子波獲得復波數位移Δ?k，其幅度在共振時大。理解電子在晶體固體中的行為方式的關鍵是將電子波的能量與其波數聯系起來的能帶結構。即使在只有短程有序的物質相（液體或無定形固體）中，電子波的相干部分仍然具有能帶結構。液態金屬能帶結構的理論模型是在幾十年前就提出了的，但到目前為止，共振散射引起的能帶結構重整化和贗能隙仍未被觀察到。

今日，韓國延世大學Keun?Su?Kim（通訊作者）報道了在結晶絕緣體（黑磷）和無序摻雜劑（堿金屬）的界面處觀察到的異常能帶結構。黑磷是一種層狀材料，其中磷原子的蜂窩狀晶格被調制形成一系列鋸齒狀的脊和谷。堿金屬在黑磷上的分布顯示徑向（和各向異性）結構，這種徑向形狀是液相或玻璃相的關鍵特征，并反映了在排斥相互作用下隨機分布的摻雜劑的平均原子間距離（或短程有序）。同時，發現自由電子的傳統拋物線能帶結構向零波數彎曲，其贗能隙為費米能級30-240毫電子伏特。這是由共振散射引起的波數重整化，導致在堿金屬離子的散射勢中形成準束縛態。由不同種類的無序堿金屬（鈉、鉀、銣和銫）調節的這種電位的深度允許對p波和d波共振的贗能隙進行分類。本文的研究結果可能為無序摻雜劑摻雜的各種晶體絕緣體的令人困惑的光譜提供了線索，如在銅氧化物中觀察到的瀑布分散。相關研究成果以“Pseudogap in a crystalline insulator doped by disordered metals”為題發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖一、液態金屬的能帶結構

圖二、無序堿金屬摻雜黑磷的電子結構

圖三、液態金屬的共振散射和能帶重整化

圖四、液態金屬中的態密度和光譜模擬

圖五、贗能隙和相圖

文獻鏈接：“Pseudogap in a crystalline insulator doped by disordered?metals”(Nature，2021，10.1038/s41586-021-03683-0)

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