今天要給大家介紹一對科研伉儷，他們是康奈爾大學的麥健輝（Kin Fai Mak）教授和單傑教授。目前，這兩位傑出的學者均在康奈爾大學從事研究工作。他們的主要研究領域涉及探索原子級薄材料及其異質結構中的新物理現象，包括、二維量子材料及其異質結構、固體中的Berry曲率效應、二維超導和激子凝聚、磁性以及強相關物理學等方面。截至目前，他們已經在多個重要學術期刊上發表了許多傑出的研究成果，其中包括10篇在《Nature》上發表的論文以及30餘篇發表在《Nature Materials》、《Nature Nanotechnology》、《Nature Physics》和《Nature Photonics》等大子刊上的重要研究論文。
Figure 1. 科研伉儷：單傑教授（左）和麥健輝教授（右）
2024年首月，他們攜手接連在《Nature Photonics》、《Nature Materials》、《Nature Physics》上發表了相關成果，下面，小編就帶大家來了解一下他們的最新成果。
最新《Nature Photonics》：二維電子化學勢的光學讀取
目前，化學勢(μ)或二維(2D)電子系統的可壓縮性是透過電容測量、單電子電晶體或雙層結構的電容式石墨烯感測器來探測的。所有這些測量都基於電讀數並且速度有限。除了掃描單電子電晶體之外，它們無法在空間上分辨。相比之下，光學讀出如果實現的話，具有幾個潛在的優勢。首先，它速度快且相容多通道檢測，適合成像。其次，高空間解析度（數百奈米）和高時間解析度（與超快光脈衝結合時為數十至數百飛秒）是可能的。第三，與掃描單電子電晶體相比，它可以訪問嵌入雙柵極器件結構中的樣本。最後，光學讀數還與二維電子系統上的同步光譜測量相容。
鑑於此，康奈爾大學的麥健輝（Kin Fai Mak）教授和單傑教授報告了一種任意二維材料μ的光學讀出技術。單層半導體感測器與樣品電容耦合。感測器光學響應確定將其化學勢固定到帶邊緣的偏置，並直接讀取樣品的μ值。他們在AB堆疊MoTe 2/WSe 2莫爾雙層中演示了該技術。他們透過直流獲得μ值。約20 μeV Hz –1/2的靈敏度以及使用交流電的可壓縮性和層間電極化讀出。結果揭示了每個莫爾晶胞一個孔的摻雜密度下的相關絕緣態，隨著面外電場的增加，它從莫特絕緣體演變為電荷轉移絕緣體。此外，作者對μ進行成像並量化樣本的空間不均勻性。該工作為二維量子材料熱力學性質的高空間解析度和高時間解析度測量打開了大門。
圖 1. 化學勢成像
《Nature Physics》：莫爾晶格中Haldane Chern絕緣體的實現
Chern絕緣體表現出沒有朗道能級的量子化霍爾效應。理論上，這種狀態可以透過在蜂窩晶格中設計複雜的次近鄰跳躍來實現，即所謂的Haldane模型。儘管霍爾丹模型對拓撲物理領域產生了深遠的影響，並且最近在冷原子實驗中得到了應用，但霍爾丹模型尚未在固態材料中實現。
鑑於此，康奈爾大學的麥健輝（Kin Fai Mak）教授和單傑教授報告了在AB堆疊MoTe2/WSe2莫爾雙層中實現Haldane Chern 絕緣體的實驗，該雙層形成了蜂窩狀莫爾晶格，其中兩個子晶格位於不同的層中。他們證明，每個晶胞充滿兩個孔的莫爾雙層是具有可調電荷間隙的量子自旋霍爾絕緣體。在小的面外磁場下，它成為具有有限陳數的陳絕緣體，因為塞曼場將量子自旋霍爾絕緣體分成具有相反谷的兩半：一個具有正的莫爾帶，另一個具有負的莫爾帶差距。他們還透過將莫爾雙層接近耦合到鐵磁絕緣體來展示零外部磁場下Haldane模型的實驗證據。
《Nature Materials》：莫爾晶格的遠端壓印
二維莫爾材料是透過疊加兩個取向或/和晶格常數差異較小的層狀晶體而形成的，它們的直接耦合產生莫爾勢。莫爾材料已成為發現新物理和裝置概念的平臺，但儘管莫爾材料具有高度可調性，但莫爾晶格一旦形成，就無法輕易改變。
鑑於此，康奈爾大學的麥健輝（Kin Fai Mak）教授和單傑教授演示了莫爾晶格在目標單層半導體上的靜電壓印。莫爾電勢由遠端MoSe 2/WS 2莫爾雙層中的莫特絕緣體態支援的電子晶格產生，印記莫爾電勢，在目標單層中生成平帶和相關絕緣態，並且可以開啟/關閉透過柵極調節莫爾雙層的摻雜密度。此外，他們還研究了靜電和結構弛豫對莫爾印記的影響之間的相互作用。結果展示了莫爾晶格柵極控制的途徑。
作者簡介
麥建輝教授，2005年畢業於香港科技大學，2010年獲美國哥倫比亞大學物理學博士，隨後分別在哥倫比亞大學和康奈爾大學奈米尺度科學研究所從事博士後研究。2014-2018年，以助理教授身份加入賓州州立大學物理系。2018年入職康奈爾大學應用與工程物理系。自2019年至今，任職教授。麥教授先後獲得2012年IUPAP 青年科學家獎、2014年國際純物理與應用物理聯合會（IUPAP）量子電子學年輕科學家獎、2015年聯邦能源部年輕研究獎及2016年美國空軍年輕學者獎。
其主要研究方向為探索原子級薄材料及其異質結構中的新物理現象，包括光譜學；二維量子材料及其異質結構；固體中的Berry曲率效應；二維超導和激子凝聚；磁性; 強相關物理學。迄今為止，已經在Nature、Nature Materials、Nature Nanotechnology、Nature Physics、Nature Photonics等著名期刊發表論文百餘篇。
單傑，1996 年獲得俄羅斯莫斯科國立大學數學與物理專業文憑和博士學位。2001年獲得哥倫比亞大學物理學博士學位。2002-2014年，在凱斯西儲大學擔任物理學助理和副教授；2014 - 2017 年，賓夕法尼亞州立大學副教授和正教授；2018 年加入康奈爾大學應用與工程物理學院，擔任正教授。
單傑教授的研究重點是奈米材料的光學和電子特性，特別是原子級薄的二維晶體（如石墨烯和二硫化鉬）及其異質結構。迄今已在Nature、Physical review letters、Nature Nanotechnology、Nature Physics、Nature Photonics等著名期刊發表論文百餘篇。
來源：高分子科學前沿
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