二维蓝磷的生长及其新奇量子特性的探索

Blue phosphorene (β-P), the allotrope of black phosphorene (α-P), is with honeycomb structure similar to graphene. It has evoked tremendous interests in the region of low-dimensional physics due its exotic properties, such as high charge carrier mobility, tunable band gap, and topological states. Nevertheless, great challenges remain in fabrication of the large-scale high-quality blue phosphorene and engineering its quantum properties, which will be addressed in this project. Here, we will focus on the exploration and modulation of the quantum properties of blue phosphorene. Based on the preliminary work on the structural and electronic properties of blue phosphorene, we will use STM/STS, TERS, ARPES, and XPS, to investigate the growth mechanism, and to reveal the effects of blue phosphorene-substrate interaction, interlayer coupling, surface adsorption, electron doping on the electronic structure of blue phosphorene. Through this project, we expect to lay the experimental foundation for understanding and controlling the quantum properties of blue phosphorene, and to provide a feasible technical route for develop the potential applications of blue phosphorene.

蓝磷（β-P）作为黑磷的同素异形体，具有类石墨烯的六角蜂巢状结构，因其理论预言的高载流子迁移率、可调的能隙、拓扑态等新奇性质，近年来成为低维体系研究的热点，而实验上有关其量子性能调控方面的研究还没有相关报道。在本项目中，我们将主要针对如何探索和调控蓝磷的量子性能开展研究工作。在前期对蓝磷结构和电子结构研究的基础上，利用扫描隧道显微镜（STM/STS）、针尖增强拉曼（TERS）、角分辨光电子能谱（ARPES），X射线光电子能谱（XPS）等技术，充分研究蓝磷材料的制备，以及其电子结构在不同衬底影响下、表面吸附过程中的变化，揭示蓝磷-衬底相互作用、多层蓝磷层间耦合、表面改性以及电子掺杂与蓝磷的结构以及量子性能之间的关系，建立相应的物理模型，对探索和调控蓝磷量子特性提供科学依据，并为进一步拓展蓝磷的潜在应用提供可行的技术路线。

蓝磷作为黑磷的同素异形体，具有类石墨烯的六角蜂巢状结构，因其理论预言的高载流子迁移率、可调的能隙、拓扑态等新奇性质，近年来成为低维体系研究的热点，而实验上有关其量子性能调控方面的研究还没有相关报道在本项目中，我们利用扫描隧道显微镜（STM/STS）、角分辨光电子能谱（ARPES），X射线光电子能谱（XPS）等技术，研究了其电子结构在与衬底耦合作用的关系、表面吸附过程中的变化，利用K原子沉积在蓝磷表面，调控了蓝磷与衬底之间的耦合作用，通过控制K原子的沉积量，形成了人工的纳米Kagome和DCT晶格，并观测到了拓扑非平庸的平带性质。研究结果揭示了蓝磷-衬底相互作用、表面改性以及电子掺杂与蓝磷的结构以及量子性能之间的关系，建立相应的物理模型，对探索和调控蓝磷量子特性提供科学依据，并为进一步拓展蓝磷的潜在应用提供可行的技术路线。