Nature:无序金属掺杂引起的晶体绝缘体中的赝能隙

【引言】

在1960年代，对液态金属的能带结构进行了一系列开创性的理论研究。就像玻璃材料具有明确定义的复折射率一样，在多重散射影响下的电子波获得复波数位移Δ k，其幅度在共振时大。理解电子在晶体固体中的行为方式的关键是将电子波的能量与其波数联系起来的能带结构。即使在只有短程有序的物质相（液体或无定形固体）中，电子波的相干部分仍然具有能带结构。液态金属能带结构的理论模型是在几十年前就提出了的，但到目前为止，共振散射引起的能带结构重整化和赝能隙仍未被观察到。

今日，韩国延世大学Keun Su Kim（通讯作者）报道了在结晶绝缘体（黑磷）和无序掺杂剂（碱金属）的界面处观察到的异常能带结构。黑磷是一种层状材料，其中磷原子的蜂窝状晶格被调制形成一系列锯齿状的脊和谷。碱金属在黑磷上的分布显示径向（和各向异性）结构，这种径向形状是液相或玻璃相的关键特征，并反映了在排斥相互作用下随机分布的掺杂剂的平均原子间距离（或短程有序）。同时，发现自由电子的传统抛物线能带结构向零波数弯曲，其赝能隙为费米能级30-240毫电子伏特。这是由共振散射引起的波数重整化，导致在碱金属离子的散射势中形成准束缚态。由不同种类的无序碱金属（钠、钾、铷和铯）调节的这种电位的深度允许对p波和d波共振的赝能隙进行分类。本文的研究结果可能为无序掺杂剂掺杂的各种晶体绝缘体的令人困惑的光谱提供了线索，如在铜氧化物中观察到的瀑布分散。相关研究成果以“Pseudogap in a crystalline insulator doped by disordered metals”为题发表在Nature上。

【图文导读】

图一、液态金属的能带结构

图二、无序碱金属掺杂黑磷的电子结构

图三、液态金属的共振散射和能带重整化

图四、液态金属中的态密度和光谱模拟

图五、赝能隙和相图

文献链接：“Pseudogap in a crystalline insulator doped by disordered metals”(Nature，2021，10.1038/s41586-021-03683-0)

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