低維材料的新奇物性專題編者按

縱觀歷史,人類對(duì)材料的認(rèn)知不斷推動(dòng)著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展,這方面在過(guò)去一個(gè)多世紀(jì)對(duì)材料電學(xué)性質(zhì)的研究上體現(xiàn)得尤為顯著.我們可以將材料粗略地分為金屬、半導(dǎo)體、絕緣體,也可以分為超導(dǎo)、非超導(dǎo)、磁性、非磁性等.不難發(fā)現(xiàn),所有這些性質(zhì)都源于同一種微觀粒子:電子.隨著研究的深入,科學(xué)家們開始期待在一種材料中能實(shí)現(xiàn)以上多種甚至所有可能的電子態(tài).最近,以二維體系為代表的低維體系研究向我們展示了實(shí)現(xiàn)這一愿景的可能性.在低維體系中,維度的降低導(dǎo)致體系對(duì)載流子濃度、介電環(huán)境、壓強(qiáng)、應(yīng)力、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等非常敏感.因此,我們可以在一個(gè)極其寬廣的多參數(shù)空間對(duì)其結(jié)構(gòu)和物性進(jìn)行精細(xì)調(diào)控,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一系列新奇量子物態(tài).例如在魔角雙層石墨烯中就可實(shí)現(xiàn)金屬/關(guān)聯(lián)絕緣態(tài),非超導(dǎo)/超導(dǎo),非磁性/磁性,甚至量子反?；魻栃?yīng)等多種新奇物態(tài).一方面,基于低維體系的這些研究極大地推進(jìn)了人們對(duì)凝聚態(tài)物理中各種新奇量子物態(tài)、相變以及準(zhǔn)粒子關(guān)聯(lián)等問(wèn)題的深入理解;另一方面,低維體系高度可調(diào)的特點(diǎn)也為其在未來(lái)的應(yīng)用提供更廣闊的空間.值得一提的是,低維材料的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是其新奇物態(tài)都直接暴露在材料表面,這為直接觀測(cè)這些量子物態(tài)提供了一個(gè)前所未有的機(jī)會(huì).最近,科學(xué)家們利用掃描隧道顯微鏡成功地實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨烯中的量子霍爾鐵磁態(tài)、雙層石墨烯疇界的谷極化導(dǎo)電通道、拓?fù)浣^緣體中的拓?fù)溥吔鐟B(tài)的直接觀測(cè).相關(guān)研究可以更好地幫助我們深入理解這些新奇量子物態(tài)并澄清其微觀物理機(jī)制.

低維材料體系涵蓋了超導(dǎo)、拓?fù)?、磁學(xué)、鐵電等幾乎所有凝聚態(tài)物理中重要的研究課題,對(duì)其新奇物性的深入理解和精準(zhǔn)調(diào)控可以為后期電子器件的構(gòu)筑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).在過(guò)去幾十年里,大量的科研工作者們?cè)谠擃I(lǐng)域持續(xù)深耕,不斷發(fā)現(xiàn)豐富有趣的物理現(xiàn)象,并深入理解其物理機(jī)制,發(fā)展多種手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)這些新奇量子物態(tài)的調(diào)控.尤其是在近十年間,這一領(lǐng)域的發(fā)展以及取得的成果格外令人矚目,國(guó)內(nèi)很多優(yōu)秀科研團(tuán)隊(duì)極大地推進(jìn)了低維材料的物性研究,做出了突出的成績(jī).我們相信,這些成果不但在基礎(chǔ)研究上具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值,也為未來(lái)技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).正因?yàn)槿绱?為了讓讀者了解低維材料新奇物性的最新研究成果,本專題特別邀請(qǐng)了部分在低維物性領(lǐng)域活躍的專家學(xué)者,從低維材料的制備、結(jié)構(gòu)/能帶表征與調(diào)控、光學(xué)特性、量子受限效應(yīng)、電荷密度波、磁性、超導(dǎo)、關(guān)聯(lián)電子態(tài)等諸方面,以不同的視角介紹本領(lǐng)域的背景、最新進(jìn)展并展望相關(guān)領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展方向,希望對(duì)感興趣的讀者及相關(guān)領(lǐng)域的工作人員提供一定的參考及借鑒.