2023
DOI: 10.1021/acsnano.2c11932
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Evidences of Topological Surface States in the Nodal-Line Semimetal SnTaS2 Nanoflakes

Abstract: Exploring the topological surface state of a topological semimetal by the transport technique has always been a big challenge because of the overwhelming contribution of the bulk state. In this work, we perform systematic angular-dependent magnetotransport measurements and electronic band calculations on SnTaS2 crystals, a layered topological nodal-line semimetal. Distinct Shubnikov–de Haas quantum oscillations were observed only in SnTaS2 nanoflakes when the thickness was below about 110 nm, and the oscillati… Show more

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“…拓扑材料,包括拓扑绝缘体 (topological insulator, TI) [1] 、拓扑超导体 (topological superconductor, TSC) [2] 和拓扑半金属 (topological semimetal, TSM) [3] ,近年来引起了极大的研究热潮。拓扑材料的研究从有能隙的 TI 和 TSC 开始,然后扩展到在费米能级 (Fermi level, EF) 周围具有拓扑非平庸能带交 叉点的无能隙的 TSM。TSM 可以大致分为具有相反手性的双重简并外尔点的外尔 半金属 (Weyl semimetal, WSM) [4] 、具有四重简并狄拉克点的狄拉克半金属 (Dirac semimetal, DSM) [5] 和在第一布里渊区 (Brillouin zone, BZ) 内具有连 续节点的节线半金属 (nodal line semimetal, NLSM) [6] 。这些材料均拥有一个 奇异的特性,即体-边界对应。这代表着如果材料体相拥有非平庸的能带拓扑, 那么在边缘会出现 TSS,如 TI 表面狄拉克锥表面态 [7] ,TSC 的马约拉纳零能模 (Majorana zero mode, MZM) [8] ,WSM/DSM 表面的费米弧/费米环 [9,10] ,以及 NLSM 节线间的鼓膜状 TSS [11] 。 虽然拓扑半金属具有许多引人入胜的理论预测和独特的物理性质, 但在实际 应用方面确实存在一些挑战。近年来,人们对研究拓扑材料在能量转换、存储, 以及器件中的潜在应用越来越感兴趣, 而这也与电化学过程中的表面吸附密切相 关 [12][13][14][15] 。对拓扑材料表面反应的研究始于三维 TI 材料 Bi2Se3,通过在其表面覆盖 一层金原子,探讨对一氧化碳分子的吸附。该工作提出 Bi2Se3 材料中的 TSS 狄拉 克锥能带作为有效的"电子浴"可以调制 Au 对 CO 的吸附能,使得 Au 具有更强 的 CO 氧化催化能力 [16] 。随后,Bi2Se3 覆盖单层 ZnSe(1-ML ZnSe/Bi2Se3)被发现 在 ZnSe 表面具有良好的 HER 性能,即表面氢吸附吉布斯自由能∆𝐺 𝐻 * 接近 0 eV, 并且在吸附 H 原子后狄拉克锥结构的位置发生了变化, 说明拓扑表面态参与了催 化过程 [17] 。近几年,更多的 TI 材料被人们发现具有较好的 HER 性能,如 Bi2Te3 [18,19] 、Li2Pt [20] 等。 然而,在 TI 参与的催化过程中,由于其体相的低电导率会增加电荷转移电 阻、降低电荷-空穴分离效率,从而不利于催化动力学。TSM 因其较高的化学稳 定性和电导率而受到越来越多的关注。最早 WSM 家族(NbP、TaP、NbAs、TaAs)…”
Section: 引言unclassified
“…拓扑材料,包括拓扑绝缘体 (topological insulator, TI) [1] 、拓扑超导体 (topological superconductor, TSC) [2] 和拓扑半金属 (topological semimetal, TSM) [3] ,近年来引起了极大的研究热潮。拓扑材料的研究从有能隙的 TI 和 TSC 开始,然后扩展到在费米能级 (Fermi level, EF) 周围具有拓扑非平庸能带交 叉点的无能隙的 TSM。TSM 可以大致分为具有相反手性的双重简并外尔点的外尔 半金属 (Weyl semimetal, WSM) [4] 、具有四重简并狄拉克点的狄拉克半金属 (Dirac semimetal, DSM) [5] 和在第一布里渊区 (Brillouin zone, BZ) 内具有连 续节点的节线半金属 (nodal line semimetal, NLSM) [6] 。这些材料均拥有一个 奇异的特性,即体-边界对应。这代表着如果材料体相拥有非平庸的能带拓扑, 那么在边缘会出现 TSS,如 TI 表面狄拉克锥表面态 [7] ,TSC 的马约拉纳零能模 (Majorana zero mode, MZM) [8] ,WSM/DSM 表面的费米弧/费米环 [9,10] ,以及 NLSM 节线间的鼓膜状 TSS [11] 。 虽然拓扑半金属具有许多引人入胜的理论预测和独特的物理性质, 但在实际 应用方面确实存在一些挑战。近年来,人们对研究拓扑材料在能量转换、存储, 以及器件中的潜在应用越来越感兴趣, 而这也与电化学过程中的表面吸附密切相 关 [12][13][14][15] 。对拓扑材料表面反应的研究始于三维 TI 材料 Bi2Se3,通过在其表面覆盖 一层金原子,探讨对一氧化碳分子的吸附。该工作提出 Bi2Se3 材料中的 TSS 狄拉 克锥能带作为有效的"电子浴"可以调制 Au 对 CO 的吸附能,使得 Au 具有更强 的 CO 氧化催化能力 [16] 。随后,Bi2Se3 覆盖单层 ZnSe(1-ML ZnSe/Bi2Se3)被发现 在 ZnSe 表面具有良好的 HER 性能,即表面氢吸附吉布斯自由能∆𝐺 𝐻 * 接近 0 eV, 并且在吸附 H 原子后狄拉克锥结构的位置发生了变化, 说明拓扑表面态参与了催 化过程 [17] 。近几年,更多的 TI 材料被人们发现具有较好的 HER 性能,如 Bi2Te3 [18,19] 、Li2Pt [20] 等。 然而,在 TI 参与的催化过程中,由于其体相的低电导率会增加电荷转移电 阻、降低电荷-空穴分离效率,从而不利于催化动力学。TSM 因其较高的化学稳 定性和电导率而受到越来越多的关注。最早 WSM 家族(NbP、TaP、NbAs、TaAs)…”
Section: 引言unclassified
“…[13][14][15][16][17] Since strong spin-orbit coupling (SOC) often favors nontrivial band topology and topological superconductivity, a promising direction is to explore material systems with enhanced SOC. [18][19][20] This research field is still in its nascent stage, especially the scarcity of appropriate material platforms still poses a significant challenge.…”
Section: Introductionmentioning
confidence: 99%
“…[1] Numerous quantum materials have been discovered and extensively studied, including graphene, [2] superconductors such as AV3Sb5 (A = K, Rb, Cs), [3] UTe2, [4] topological semi-metals such as PtBi2, [5,6] ZrSiS, [7] and so on. Lately, two-dimensional ternary chalcogenides, such as PaTaSe2, [8,9] SnTaS2, [10,11] and InTaSe2, [12] have attracted a great deal of attention by their unique architecture, novel physical characteristics, and promising potential application in nanodevices. [13] Recently, the ternary chalcogenide Bi2Rh3Se2 was closely investigated for its fancy charge-density-wave and superconductivity.…”
mentioning
confidence: 99%