俞大鹏：2D-3D狄克拉半金属异质结

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石墨烯是一种二维狄拉克材料，通过表/界面工程构筑范德瓦尔斯异质结可以有效地调制材料的性能。三维狄拉克半金属在三个动量方向都具有线性能带色散关系，通过破坏时间反演对称性或空间反演对称性，可以转化为Weyl半金属。Weyl半金属的一个重要特征是手性反常效应，在电场与磁场平行的情况下，手征电荷转移产生负磁电阻效应。3D狄拉克或Weyl半金属的另一个标志是具有费米弧形状的拓扑表面态，并已经被角分辨光电子能谱和Weyl轨道相关的量子振荡实验所证实。

近日，来自南方科技大学俞大鹏与北京大学廖志敏（通讯作者）的团队在Adv. Mater.上发表了题为Dirac Semimetal Heterostructures: 3D Cd3As2 on 2D Graphene的文章。该团队通过直接堆叠制备了石墨烯-Cd3As2异质结。电子态耦合导致显著的层间电荷转移，通过Cd3As2的堆叠能有效调节石墨烯的费米能级，并实现了石墨烯平面p-n-p结，展示出量子化的电导平台。此外，与裸石墨烯器件相比，石墨烯/Cd3As2混合器件呈现出很大的非局域（non-local）信号，这是由于Cd3As2中自旋极化表面态转移到石墨烯中所导致的自旋极化的电子输运。该结果丰富了范德华异质结家族，将激发更多的关于狄克拉半金属在自旋电子学中应用的研究。南方科技大学博士后吴燕飞是本研究的第一作者。