编纂：焱悠
相干工作得到了科技部、国度天然迷信基金委跟教导部人才基金的赞助。
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拓扑绝缘体是一种全新的量子功效材料，其块材内部是有带隙的绝缘态，表面或边界存在无能隙的金属态，表示为无质量的狄拉克费米子。因拓扑维护，表面态构成的二维电子气十分稳固，基础不受杂质与无序的影响，在新原理纳电子器件、自旋器件、量子器件、干净能源和催化等方面有普遍的运用远景。拓扑绝缘体(如Bi2Se3，Bi2Te3，Sb2Te3）纳米薄片是一种新型准二维晶体，它奇特的二维层状结构和拓扑掩护的表面金属态显示出很多优良的物理化学性质。北京大学纳米化学研究核心刘忠范/彭海琳课题组提出和实现了利用“范德华外延”法生长的拓扑绝缘体纳米薄片制造柔性透明导电薄膜的思维。率先在柔性透明绝缘的云母衬底上气相外延生长出大面积高质量的Bi2Se3纳米薄片，利用同步辐射角辨别光电子能谱（ARPES）直接察看到所制备Bi2Se3纳米结构的狄拉克锥形拓扑表面态，并发现基于拓扑绝缘体纳米结构的透明柔性导电薄膜有着宽波长范畴内的透光性（尤其是近红外区）、高导电性、很好的抗扰动才能、和杰出的柔性。该工作表明，拓扑绝缘体的独特光学、电学和机械性质使得这类新型透明柔性光电元件的出产制作成为可能，将带来更具价值的光电子和纳电子学利用。这一成果于2012年2月26日以Article的情势在《做作》杂志子刊Nature Chemistry发表：H. Peng, Z. F. Liu, et al.,北大总裁班, Topological Insulator Nanostructures for Near-infrared Transparent Flexible electrodes, doi:10.1038/nchem.1277. 该工作刚在线发表，美国能源部SLAC国家加速器试验室的消息媒介就进行了采访报道。以上工作的ARPES实验协作者包含斯坦福大学的沈志勋教授和牛津大学的陈宇林教授。作为北京大学的客座传授，沈志勋教学是寰球有名能源与材料威望专家、美国SLAC国家加速器实验室首席科学家、斯坦福大学材料与能源科学研究所所长、2009年度美国能源部劳伦斯奖取得者。
该课题组还与斯坦福大学崔屹课题组配合，提出了“拓扑绝缘体纳米构造和器件研究”的研讨思路，发明构筑存在大的比表面积的纳米结构能够有效下降体态载流子的奉献，实现了拓扑绝缘体（Bi2Se3, Bi2Te3）纳米线、纳米带和纳米薄片的把持生长，并体系研究了拓扑绝缘体纳米结构的量子输运和栅压调控性质。他们利用气-液-固生长机制，制备了高质量的拓扑绝缘体纳米带，首次发现拓扑绝缘体Bi2Se3名义态的Aharonov-Bohm (AB)量子干预效应（Nature Materials 2010, 9, 225)，证实了拓扑绝缘体中能发生AB效应的拓扑表面态电子波的存在。同时，通过气-固成长机制，在Si/SiO2基底上气相沉积生长得到了高品质拓扑绝缘体Bi2Se3和Bi2Te3少层纳米薄片（厚度仅为3－6nm），并用高k值介电层Al2O3作顶栅，应用栅电压胜利调控了拓扑绝缘体的化学势（Nano Lett. 2010, 10, 2245）。
刘忠范-彭海琳课题组发现“范德法外延”法在制备新型的二维层状材料时具备普适性。在前期工作中，他们提出了通过“范德华外延技巧”生长双层AB 堆垛石墨烯，发展远程催化的方式，攻破了铜箔上石墨烯低压CVD生长进程中的“自限度效应”，首次实现了AB 堆垛双层石墨烯的大面积外延生长，为范围制备双层石墨烯基纳电子和光电器件供给了资料基本 (Nano Lett. 2011, 11, 1106)。他们还利用“范德华外延”法，制备了石墨烯/拓扑绝缘体二维纳米异质结构 (Nano Lett. 2010, 10, 2870)。
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