北理工团队在二维呼吸笼目半导体的光学性质方面取得新进展

　

　　二维笼目(Kagome)资料具有特别的实空间共角的六方原子排布构型，其动量空间在费米能级邻近一起存在拓扑平带与狄拉克锥，这些共同的电子结构导致其发生包含拓扑超导、分数量子霍尔效应、自旋三重态激子绝缘体等多种别致量子物态。当笼目晶格中的对角三角形（子晶格）不再持平时，系统中的空间反演对称性被打破，然后构成呼吸型笼目晶格(Breathing Kagome Lattice)。这使原本无质量的狄拉克费米子取得有用质量，然后翻开能隙构成半导体，这些共同的笼目半导体资料不只蕴含着深化的高阶拓扑物态(npj Quantum Materials 2023, 8: 16)，也使其在光电器材范畴具有潜在使用。但是，现在关于这类资猜中拓扑平带引发的光学性质仍缺少深化且系统的研讨。

　　本作业中，作者依据榜首性原理核算与多体微扰理论，系统研讨了笼目半导体Ta₃SBr₇的光学性质与激子性质。依据三维呼吸型笼目晶格Ta₃SBr₇的原子结构为根底，经过引入了一种几许自由度，作者研讨了两种不同的二维呼吸型笼目原子结构。经过对电子布洛赫态的剖析，发现这两种结构均在动量空间高对称点K/K′表现出对手性圆偏振光的选择性吸收，这与它们在K/K′点的相反的贝利曲率共同。因为费米能级邻近存在平带，Ta₃SBr₇中载流子具有极大的有用质量，且首要局限于Ta原子，这显着削弱了系统中的介电屏蔽效应，并导致极大的激子捆绑能。上述提及的原子几许自由度导致两种结构在能带结构及激子包络函数散布上有着十分显着差异，使得二者的基态激子在光学活性与辐射寿数方面存在显着不同。此外，载流子的巨大有用质量导致基态激子的辐射寿数远善于常见的二维TMDs资料，标明该资料系统中激子的高度稳定性。本研讨不只展现了笼目半导体作为激子物理研讨渠道的潜力，也提醒了其在谷电子学与各向异性光电子器材中的使用远景。

　　北京理工大学为榜首通讯单位，北京理工大学集成电路与电子学院博士研讨生郭竞达为本文榜首作者，孙家涛教授为论文通讯作者。本作业得到了北京理工大学李元昌教授，中国科学院物理研讨所孟胜研讨员和杜世萱研讨员的全力支撑。该研讨得到了科技部要点研制方案（2024YFA1207800，2020YFA0308800）、国家自然科学基金（12374172，11974045，61888102）等项目供给的资金支撑。