Kagome超導(dǎo)體與二維材料：基于角分辨光電子能譜的微觀電子結(jié)構(gòu)探秘一、引言1.1研究背景與意義在凝聚態(tài)物理的廣袤研究領(lǐng)域中，Kagome超導(dǎo)體與二維材料憑借其獨(dú)特的物理性質(zhì)和潛在的應(yīng)用價(jià)值，占據(jù)著舉足輕重的地位。Kagome超導(dǎo)體，因其特殊的Kagome晶格結(jié)構(gòu)而得名，這種晶格由對(duì)頂?shù)娜歉褡咏M成，呈現(xiàn)出高度的幾何對(duì)稱性。在該晶格系統(tǒng)中，電子間的相互作用表現(xiàn)出強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián)性和拓?fù)湫裕沟肒agome超導(dǎo)體展現(xiàn)出豐富多樣的量子現(xiàn)象，如超導(dǎo)性、電荷密度波、量子自旋液體等，為探索凝聚態(tài)物理中的新奇物理機(jī)制提供了理想的研究平臺(tái)。二維材料則是指原子在二維平面內(nèi)呈周期性排列的材料，其原子層數(shù)通常較少，一般為單層或少數(shù)幾層。由于維度的限制，二維材料的電子態(tài)密度、能帶結(jié)構(gòu)以及電子-電子相互作用等性質(zhì)與傳統(tǒng)三維材料截然不同，呈現(xiàn)出許多獨(dú)特的物理特性。例如，石墨烯作為典型的二維材料，具有優(yōu)異的電學(xué)性能，其載流子遷移率極高，可達(dá)200,000cm2/(V?s)以上，且電子在其中的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出相對(duì)論性的狄拉克費(fèi)米子行為；過(guò)渡金屬二硫化物（如MoS?、WS?等）具有直接帶隙，在光電器件領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，可用于制備高性能的光電探測(cè)器、發(fā)光二極管等。這些獨(dú)特的性質(zhì)使得二維材料在高速電子學(xué)、高效能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換、高靈敏度傳感器等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，成為凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。深入研究Kagome超導(dǎo)體和二維材料的電子結(jié)構(gòu)對(duì)于理解其物理性質(zhì)和開(kāi)發(fā)潛在應(yīng)用至關(guān)重要。電子結(jié)構(gòu)決定了材料中電子的能量和動(dòng)量分布，進(jìn)而影響材料的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等宏觀物理性質(zhì)。通過(guò)精確測(cè)定電子結(jié)構(gòu)，能夠揭示材料中電子的相互作用機(jī)制、能帶拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及量子相變等關(guān)鍵物理信息，為解釋材料的超導(dǎo)機(jī)理、電荷密度波形成機(jī)制以及其他新奇量子現(xiàn)象提供理論基礎(chǔ)。角分辨光電子能譜（ARPES）技術(shù)作為一種先進(jìn)的表面分析技術(shù)，在研究材料電子結(jié)構(gòu)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。ARPES的基本原理基于光電效應(yīng)，當(dāng)具有足夠能量的光子照射到材料表面時(shí)，材料中的電子吸收光子能量后克服表面勢(shì)壘逸出，成為光電子。通過(guò)精確測(cè)量光電子的動(dòng)能和出射角度，利用能量守恒和動(dòng)量守恒定律，可以直接獲取材料中電子的能量-動(dòng)量分布信息，即電子能帶結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)能夠提供關(guān)于材料電子結(jié)構(gòu)的高分辨率、動(dòng)量分辨的信息，是目前唯一一種可以直接測(cè)量材料動(dòng)量空間中電子能帶結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)手段。在Kagome超導(dǎo)體的研究中，ARPES技術(shù)有助于深入探究超導(dǎo)態(tài)與電荷密度波態(tài)之間的相互關(guān)系以及超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制。例如，通過(guò)ARPES測(cè)量可以確定超導(dǎo)能隙的大小、對(duì)稱性以及能隙在動(dòng)量空間中的分布情況，為判斷超導(dǎo)配對(duì)對(duì)稱性提供直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。同時(shí)，對(duì)于電荷密度波態(tài)，ARPES能夠揭示其引起的電子結(jié)構(gòu)重構(gòu)，包括費(fèi)米面的變化、能帶的折疊以及能隙的打開(kāi)等，從而深入理解電荷密度波的起源和特性。在二維材料的研究中，ARPES可以精確測(cè)定二維材料的能帶結(jié)構(gòu)，確定其帶隙性質(zhì)（如直接帶隙或間接帶隙）、狄拉克點(diǎn)的位置和性質(zhì)以及電子-聲子相互作用等關(guān)鍵信息，對(duì)于二維材料的性能優(yōu)化和器件應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。綜上所述，本研究旨在運(yùn)用ARPES技術(shù)深入研究Kagome超導(dǎo)體和二維材料的電子結(jié)構(gòu)，揭示其內(nèi)在物理機(jī)制，為凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的理論發(fā)展提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，同時(shí)為新型超導(dǎo)材料和二維材料基器件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，具有重要的科學(xué)意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1Kagome超導(dǎo)體的研究現(xiàn)狀Kagome超導(dǎo)體作為凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，近年來(lái)吸引了眾多科研人員的關(guān)注。其獨(dú)特的Kagome晶格結(jié)構(gòu)賦予了材料豐富的物理性質(zhì)，使得該領(lǐng)域的研究取得了顯著進(jìn)展。在實(shí)驗(yàn)研究方面，多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于Kagome超導(dǎo)體的研究中。其中，電輸運(yùn)測(cè)量是研究材料電學(xué)性質(zhì)的重要手段之一。通過(guò)測(cè)量不同溫度和磁場(chǎng)下的電阻、霍爾效應(yīng)等參數(shù)，可以獲取材料的載流子濃度、遷移率以及超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度等關(guān)鍵信息。例如，對(duì)于典型的Kagome超導(dǎo)體AV?Sb?（A=K,Rb,Cs），電輸運(yùn)測(cè)量發(fā)現(xiàn)其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度在一定范圍內(nèi)變化，并且超導(dǎo)性與電荷密度波（CDW）存在密切關(guān)聯(lián)。在CsV?Sb?中，通過(guò)電輸運(yùn)測(cè)量觀察到隨著溫度降低，在特定溫度下出現(xiàn)電荷密度波轉(zhuǎn)變，同時(shí)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度也受到電荷密度波的影響，二者呈現(xiàn)出復(fù)雜的相互作用關(guān)系。掃描隧道顯微鏡（STM）能夠在原子尺度上對(duì)材料表面的電子態(tài)進(jìn)行成像和分析，為研究Kagome超導(dǎo)體的局域電子結(jié)構(gòu)提供了重要信息。利用STM技術(shù)，科研人員在CsV?Sb?表面觀測(cè)到了電荷密度波調(diào)制的原子尺度圖案，揭示了電荷密度波在實(shí)空間的分布特征。通過(guò)測(cè)量隧道譜，還可以獲取材料的局域態(tài)密度信息，研究超導(dǎo)能隙的空間變化以及超導(dǎo)與電荷密度波的共存機(jī)制。在一些研究中，發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)能隙在電荷密度波區(qū)域存在明顯的調(diào)制，表明二者之間存在相互耦合。核磁共振（NMR）技術(shù)則可以深入研究材料內(nèi)部的原子核自旋-晶格弛豫時(shí)間、化學(xué)位移等參數(shù)，從而獲得關(guān)于材料電子自旋狀態(tài)、電子-電子相互作用以及超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制等方面的信息。在Kagome超導(dǎo)體的研究中，NMR實(shí)驗(yàn)結(jié)果為理解材料中的電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)和超導(dǎo)機(jī)制提供了重要依據(jù)。例如，通過(guò)測(cè)量自旋-晶格弛豫時(shí)間在超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度附近的變化，發(fā)現(xiàn)其與傳統(tǒng)超導(dǎo)材料存在明顯差異，暗示了Kagome超導(dǎo)體中可能存在非常規(guī)的超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制。在理論研究方面，科研人員運(yùn)用第一性原理計(jì)算、量子蒙特卡羅模擬等方法對(duì)Kagome超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)、超導(dǎo)機(jī)制以及電荷密度波等性質(zhì)進(jìn)行了深入探討。第一性原理計(jì)算基于量子力學(xué)原理，從原子層面出發(fā)，能夠精確計(jì)算材料的電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。通過(guò)第一性原理計(jì)算，研究人員揭示了Kagome超導(dǎo)體中電子的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度分布以及原子間的相互作用。計(jì)算結(jié)果表明，Kagome晶格的特殊幾何結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了材料中存在范霍夫奇點(diǎn)，這與電荷密度波的形成密切相關(guān)。同時(shí)，理論計(jì)算還預(yù)測(cè)了超導(dǎo)配對(duì)的可能對(duì)稱性，為實(shí)驗(yàn)研究提供了理論指導(dǎo)。量子蒙特卡羅模擬則是一種基于統(tǒng)計(jì)物理的數(shù)值計(jì)算方法，能夠處理多體相互作用問(wèn)題，模擬材料在不同條件下的量子態(tài)。在Kagome超導(dǎo)體的研究中，量子蒙特卡羅模擬被用于研究電子在強(qiáng)關(guān)聯(lián)作用下的行為，探索超導(dǎo)態(tài)和電荷密度波態(tài)的穩(wěn)定性以及它們之間的競(jìng)爭(zhēng)與共存關(guān)系。通過(guò)模擬不同的電子相互作用模型，發(fā)現(xiàn)電子之間的庫(kù)侖相互作用和自旋-軌道耦合對(duì)Kagome超導(dǎo)體的物理性質(zhì)具有重要影響。1.2.2二維材料的研究現(xiàn)狀二維材料由于其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)和電子特性，在過(guò)去幾十年中成為了材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)，展現(xiàn)出了廣泛的應(yīng)用前景和重要的科學(xué)價(jià)值。在實(shí)驗(yàn)研究方面，多種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)被用于二維材料的表征和性能研究。拉曼光譜是一種常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)測(cè)量材料對(duì)激光的非彈性散射光的頻率和強(qiáng)度變化，可以獲取材料的晶格振動(dòng)模式、晶體結(jié)構(gòu)以及缺陷等信息。在二維材料中，拉曼光譜能夠清晰地分辨出不同層數(shù)的材料，并且對(duì)材料的應(yīng)力、摻雜等狀態(tài)非常敏感。例如，在石墨烯的研究中，拉曼光譜中的G峰和2D峰的位置、強(qiáng)度和形狀可以準(zhǔn)確地反映石墨烯的層數(shù)、質(zhì)量以及電子摻雜情況。通過(guò)對(duì)拉曼光譜的分析，還可以研究二維材料與襯底之間的相互作用，以及材料在器件制備過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化。光致發(fā)光光譜（PL）則主要用于研究二維材料的光學(xué)性質(zhì)，特別是材料的帶隙特性和激子發(fā)光現(xiàn)象。由于二維材料的量子限域效應(yīng)，其帶隙結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)三維材料存在明顯差異，光致發(fā)光光譜能夠精確測(cè)量二維材料的帶隙大小和激子結(jié)合能。在過(guò)渡金屬二硫化物（如MoS?）中，光致發(fā)光光譜顯示出明顯的帶邊發(fā)光峰，通過(guò)對(duì)發(fā)光峰的研究可以深入了解材料的激子動(dòng)力學(xué)過(guò)程、電子-聲子相互作用以及缺陷態(tài)對(duì)發(fā)光的影響。此外，光致發(fā)光光譜還可以用于研究二維材料的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，如MoS?/WS?異質(zhì)結(jié)中的層間激子發(fā)光現(xiàn)象，為二維材料在光電器件中的應(yīng)用提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）能夠提供二維材料原子尺度的結(jié)構(gòu)信息，直觀地觀察材料的晶格結(jié)構(gòu)、原子排列以及界面情況。通過(guò)HRTEM，科研人員可以研究二維材料的生長(zhǎng)機(jī)制、晶體缺陷以及與襯底的界面兼容性。在二維材料的制備過(guò)程中，HRTEM可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料的生長(zhǎng)過(guò)程，優(yōu)化制備工藝，提高材料的質(zhì)量。例如，在石墨烯的化學(xué)氣相沉積（CVD）生長(zhǎng)過(guò)程中，HRTEM可以觀察到石墨烯的成核、生長(zhǎng)和邊緣結(jié)構(gòu)，為控制石墨烯的生長(zhǎng)質(zhì)量提供了重要的指導(dǎo)。在理論研究方面，科研人員利用密度泛函理論（DFT）、緊束縛模型等方法對(duì)二維材料的電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)等進(jìn)行了深入研究。密度泛函理論是一種基于量子力學(xué)的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，能夠準(zhǔn)確計(jì)算二維材料的電子態(tài)密度、能帶結(jié)構(gòu)以及電子-電子相互作用。通過(guò)DFT計(jì)算，研究人員揭示了石墨烯的狄拉克錐能帶結(jié)構(gòu)、過(guò)渡金屬二硫化物的直接帶隙特性以及二維材料與襯底之間的界面電子結(jié)構(gòu)。計(jì)算結(jié)果不僅解釋了實(shí)驗(yàn)中觀察到的各種物理現(xiàn)象，還為二維材料的性能優(yōu)化和新功能材料的設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。緊束縛模型則是一種簡(jiǎn)化的量子力學(xué)模型，通過(guò)考慮原子間的電子相互作用，能夠快速有效地計(jì)算二維材料的電子結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)。在二維材料的研究中，緊束縛模型被廣泛應(yīng)用于研究材料的電子輸運(yùn)性質(zhì)、超導(dǎo)性以及磁性等。例如，通過(guò)緊束縛模型計(jì)算可以預(yù)測(cè)二維材料在電場(chǎng)、磁場(chǎng)等外部條件下的電子輸運(yùn)行為，為二維材料在電子器件中的應(yīng)用提供理論支持。1.2.3ARPES在Kagome超導(dǎo)體和二維材料研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀角分辨光電子能譜（ARPES）作為一種直接探測(cè)材料電子結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大實(shí)驗(yàn)技術(shù)，在Kagome超導(dǎo)體和二維材料的研究中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，為揭示這些材料的內(nèi)在物理機(jī)制提供了關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。在Kagome超導(dǎo)體的研究中，ARPES技術(shù)被廣泛應(yīng)用于測(cè)量材料的電子能帶結(jié)構(gòu)、費(fèi)米面形狀以及超導(dǎo)能隙等關(guān)鍵信息。通過(guò)ARPES測(cè)量，科研人員能夠直接獲取電子在動(dòng)量空間的能量分布，從而深入了解Kagome超導(dǎo)體中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和相互作用。在對(duì)CsV?Sb?的研究中，ARPES實(shí)驗(yàn)精確測(cè)量了其電子能帶結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了在Γ點(diǎn)和M點(diǎn)附近存在特殊的電子態(tài)，這些電子態(tài)與材料的超導(dǎo)性和電荷密度波密切相關(guān)。隨著溫度的降低，在電荷密度波轉(zhuǎn)變溫度附近，ARPES譜圖中觀察到了明顯的能帶重構(gòu)現(xiàn)象，表現(xiàn)為能帶的折疊和能隙的打開(kāi)，這為理解電荷密度波的形成機(jī)制提供了直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。對(duì)于超導(dǎo)能隙的研究，ARPES能夠測(cè)量能隙在動(dòng)量空間的分布情況，確定超導(dǎo)配對(duì)的對(duì)稱性。在一些Kagome超導(dǎo)體的研究中，通過(guò)ARPES測(cè)量發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)能隙具有各向異性，這對(duì)于判斷超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制具有重要意義。如果超導(dǎo)能隙在動(dòng)量空間呈現(xiàn)出特定的對(duì)稱性分布，如d波對(duì)稱性，這暗示著超導(dǎo)配對(duì)可能是由電子之間的自旋-軌道相互作用或其他非傳統(tǒng)機(jī)制引起的。ARPES還可以研究超導(dǎo)能隙在不同摻雜濃度下的變化，揭示摻雜對(duì)超導(dǎo)性能的影響機(jī)制。在二維材料的研究中，ARPES同樣發(fā)揮了重要作用。它能夠精確測(cè)量二維材料的能帶結(jié)構(gòu)，確定材料的帶隙性質(zhì)（直接帶隙或間接帶隙）以及狄拉克點(diǎn)的位置和性質(zhì)。在石墨烯的研究中，ARPES清晰地觀測(cè)到了其獨(dú)特的狄拉克錐能帶結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證了石墨烯中電子具有相對(duì)論性的狄拉克費(fèi)米子行為。對(duì)于過(guò)渡金屬二硫化物，ARPES測(cè)量揭示了其在單層和多層狀態(tài)下的能帶結(jié)構(gòu)變化，以及帶隙隨層數(shù)的變化規(guī)律。通過(guò)ARPES研究還發(fā)現(xiàn)，二維材料中的電子-聲子相互作用對(duì)其電子結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)有重要影響，能夠?qū)е履軒У闹卣碗娮討B(tài)密度的變化。ARPES還可以用于研究二維材料的異質(zhì)結(jié)構(gòu)和界面電子結(jié)構(gòu)。在二維材料的異質(zhì)結(jié)中，ARPES可以測(cè)量界面處的電子態(tài)分布和能帶偏移，了解界面處的電荷轉(zhuǎn)移和電子相互作用情況。這對(duì)于理解二維材料異質(zhì)結(jié)的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)以及在器件中的應(yīng)用具有重要意義。通過(guò)ARPES研究MoS?/WS?異質(zhì)結(jié)的界面電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)界面處存在明顯的電荷轉(zhuǎn)移和能帶彎曲，這對(duì)異質(zhì)結(jié)的光電器件性能產(chǎn)生了重要影響。盡管ARPES在Kagome超導(dǎo)體和二維材料的研究中取得了許多重要成果，但目前仍存在一些不足之處。一方面，ARPES測(cè)量通常需要在超高真空環(huán)境下進(jìn)行，這限制了其對(duì)一些易氧化或?qū)Νh(huán)境敏感材料的研究。對(duì)于一些在空氣中不穩(wěn)定的Kagome超導(dǎo)體或二維材料，在樣品制備和轉(zhuǎn)移過(guò)程中容易受到氧化或污染，從而影響ARPES測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。另一方面，ARPES測(cè)量的深度有限，通常只能探測(cè)材料表面幾個(gè)原子層的電子結(jié)構(gòu)信息，對(duì)于材料體相的電子結(jié)構(gòu)研究存在一定的局限性。在研究一些具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)或電子結(jié)構(gòu)的Kagome超導(dǎo)體和二維材料時(shí)，僅依靠表面信息可能無(wú)法全面理解材料的物理性質(zhì)。此外，ARPES技術(shù)對(duì)于弱相互作用體系的探測(cè)靈敏度相對(duì)較低，對(duì)于一些電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)較弱的Kagome超導(dǎo)體和二維材料，可能難以準(zhǔn)確捕捉到其細(xì)微的電子結(jié)構(gòu)變化。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究旨在通過(guò)角分辨光電子能譜（ARPES）技術(shù)，深入探究Kagome超導(dǎo)體和二維材料的電子結(jié)構(gòu)，具體研究?jī)?nèi)容如下：Kagome超導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)研究能帶結(jié)構(gòu)測(cè)量：運(yùn)用ARPES技術(shù)精確測(cè)量Kagome超導(dǎo)體的電子能帶結(jié)構(gòu)，確定能帶的色散關(guān)系、費(fèi)米面形狀以及范霍夫奇點(diǎn)的位置和性質(zhì)。通過(guò)對(duì)CsV?Sb?的ARPES測(cè)量，詳細(xì)分析其在Γ點(diǎn)和M點(diǎn)附近的電子態(tài)，研究這些特殊電子態(tài)與超導(dǎo)性、電荷密度波之間的內(nèi)在聯(lián)系。超導(dǎo)能隙分析：精確測(cè)量超導(dǎo)能隙在動(dòng)量空間的分布，確定超導(dǎo)配對(duì)的對(duì)稱性。針對(duì)不同的Kagome超導(dǎo)體，如CsV?Sb?及其摻雜體系，利用ARPES測(cè)量超導(dǎo)能隙的各向異性，判斷超導(dǎo)配對(duì)是否具有d波對(duì)稱性或其他非傳統(tǒng)對(duì)稱性，為揭示超導(dǎo)機(jī)制提供關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)證據(jù)。電荷密度波與超導(dǎo)相互作用研究：研究電荷密度波轉(zhuǎn)變對(duì)電子結(jié)構(gòu)的影響，包括能帶重構(gòu)、能隙變化等。通過(guò)對(duì)KV?Sb?在電荷密度波轉(zhuǎn)變溫度附近的ARPES測(cè)量，觀察費(fèi)米面的重構(gòu)、能帶的折疊以及CDW能隙的打開(kāi)，深入理解電荷密度波與超導(dǎo)之間的競(jìng)爭(zhēng)與共存關(guān)系。二維材料電子結(jié)構(gòu)研究能帶結(jié)構(gòu)與帶隙特性研究：利用ARPES測(cè)量二維材料的能帶結(jié)構(gòu)，明確其帶隙性質(zhì)（直接帶隙或間接帶隙）以及狄拉克點(diǎn)的位置和性質(zhì)。在石墨烯的研究中，通過(guò)ARPES驗(yàn)證其狄拉克錐能帶結(jié)構(gòu)；對(duì)于過(guò)渡金屬二硫化物，如MoS?，測(cè)量其在不同層數(shù)下的能帶結(jié)構(gòu)變化和帶隙隨層數(shù)的變化規(guī)律。電子-聲子相互作用研究：分析二維材料中電子-聲子相互作用對(duì)電子結(jié)構(gòu)的影響，研究其導(dǎo)致的能帶重整化和電子態(tài)密度變化。通過(guò)ARPES測(cè)量MoS?中電子-聲子相互作用引起的能帶色散扭折，確定電子-聲子耦合強(qiáng)度和特征能量，深入理解電子-聲子相互作用在二維材料電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)中的作用。異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面電子結(jié)構(gòu)研究：研究二維材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面處的電子態(tài)分布和能帶偏移，探究界面處的電荷轉(zhuǎn)移和電子相互作用情況。通過(guò)ARPES研究MoS?/WS?異質(zhì)結(jié)的界面電子結(jié)構(gòu)，分析界面處的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制和能帶彎曲對(duì)異質(zhì)結(jié)光電器件性能的影響。1.3.2研究方法為實(shí)現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本研究將綜合運(yùn)用多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論計(jì)算方法：角分辨光電子能譜（ARPES）技術(shù)：作為核心實(shí)驗(yàn)技術(shù)，ARPES能夠直接測(cè)量材料中電子的能量-動(dòng)量分布，獲取高分辨率的電子能帶結(jié)構(gòu)信息。本研究將使用先進(jìn)的ARPES設(shè)備，在不同溫度和光子能量下進(jìn)行測(cè)量，以提高測(cè)量精度和分辨率。對(duì)于Kagome超導(dǎo)體和二維材料，通過(guò)精確控制樣品的制備和測(cè)量條件，確保ARPES測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。理論計(jì)算方法：結(jié)合第一性原理計(jì)算、緊束縛模型等理論方法，對(duì)Kagome超導(dǎo)體和二維材料的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論模擬和分析。第一性原理計(jì)算基于量子力學(xué)原理，從原子層面出發(fā)，能夠精確計(jì)算材料的電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，為ARPES實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供理論解釋和預(yù)測(cè)。通過(guò)第一性原理計(jì)算CsV?Sb?的電子能帶結(jié)構(gòu)，與ARPES測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證理論模型的正確性，并深入理解材料中電子的相互作用機(jī)制。緊束縛模型則通過(guò)考慮原子間的電子相互作用，快速有效地計(jì)算二維材料的電子結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)，為研究二維材料的電子輸運(yùn)性質(zhì)、超導(dǎo)性以及磁性等提供理論支持。其他實(shí)驗(yàn)技術(shù)輔助：為全面深入地研究Kagome超導(dǎo)體和二維材料的物理性質(zhì)，本研究還將結(jié)合其他實(shí)驗(yàn)技術(shù)，如電輸運(yùn)測(cè)量、掃描隧道顯微鏡（STM）、拉曼光譜、光致發(fā)光光譜（PL）等。電輸運(yùn)測(cè)量可獲取材料的電阻、霍爾效應(yīng)等電學(xué)參數(shù)，用于研究材料的載流子濃度、遷移率以及超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度等；STM能夠在原子尺度上對(duì)材料表面的電子態(tài)進(jìn)行成像和分析，提供關(guān)于材料局域電子結(jié)構(gòu)的信息；拉曼光譜和PL光譜則分別用于研究材料的晶格振動(dòng)模式和光學(xué)性質(zhì)，與ARPES測(cè)量結(jié)果相互補(bǔ)充，共同揭示材料的物理特性。二、理論基礎(chǔ)2.1Kagome超導(dǎo)體Kagome超導(dǎo)體是一類具有獨(dú)特晶格結(jié)構(gòu)和豐富物理性質(zhì)的新型超導(dǎo)材料，其研究對(duì)于理解超導(dǎo)機(jī)制以及探索新型量子材料具有重要意義。Kagome晶格由對(duì)頂?shù)娜歉褡咏M成，呈現(xiàn)出高度對(duì)稱的幾何結(jié)構(gòu)，這種特殊的晶格排列賦予了材料許多獨(dú)特的電子特性。在Kagome晶格中，每個(gè)原子與周圍三個(gè)原子相連，形成了一種高度幾何阻挫的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電子在其中的運(yùn)動(dòng)受到強(qiáng)烈的影響，從而產(chǎn)生出許多新奇的量子現(xiàn)象。Kagome超導(dǎo)體的電子特性與晶格結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。由于Kagome晶格的特殊幾何結(jié)構(gòu)，其電子能帶結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出一些獨(dú)特的特征。理論計(jì)算表明，在Kagome晶格中，電子的能帶結(jié)構(gòu)存在平帶和狄拉克點(diǎn)等特殊的電子態(tài)。平帶是指能帶色散非常小，電子在其中的有效質(zhì)量很大，幾乎處于局域化狀態(tài)的能帶。這種平帶的存在使得電子之間的相互作用增強(qiáng)，容易產(chǎn)生強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致一系列新奇量子態(tài)的出現(xiàn)，如莫特絕緣態(tài)、分?jǐn)?shù)量子霍爾態(tài)等。狄拉克點(diǎn)則是指能帶結(jié)構(gòu)中存在線性色散的交叉點(diǎn)，在狄拉克點(diǎn)附近，電子的行為類似于相對(duì)論性的狄拉克費(fèi)米子，具有零質(zhì)量和線性色散關(guān)系。這種特殊的電子態(tài)使得Kagome超導(dǎo)體在低能激發(fā)下表現(xiàn)出獨(dú)特的物理性質(zhì)，如高載流子遷移率、線性磁電阻等。在Kagome超導(dǎo)體AV?Sb?（A=K,Rb,Cs）中，通過(guò)第一性原理計(jì)算發(fā)現(xiàn)，由V原子形成的Kagome晶格層具有明顯的平帶特征，在費(fèi)米面附近存在多個(gè)范霍夫奇點(diǎn)。這些范霍夫奇點(diǎn)的出現(xiàn)是由于Kagome晶格的特殊對(duì)稱性導(dǎo)致電子態(tài)密度在特定動(dòng)量處出現(xiàn)峰值，與材料的超導(dǎo)性和電荷密度波等物理現(xiàn)象密切相關(guān)。在CsV?Sb?中，實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論計(jì)算都表明，在布里淵區(qū)邊界的M點(diǎn)附近存在鞍點(diǎn)，并且在CDW相變溫度上下，該點(diǎn)的能帶發(fā)生明顯變化，顯示出CDW誘導(dǎo)的能帶重整化。這種能帶重整化與M點(diǎn)軌道選擇的鞍點(diǎn)之間的嵌套有關(guān)，并且重整化后的能帶在M-K方向上形成新的范霍夫奇點(diǎn)，可能與低溫下的超導(dǎo)相相關(guān)。這些特殊的電子特性對(duì)Kagome超導(dǎo)體的超導(dǎo)和其他新奇量子態(tài)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在超導(dǎo)方面，平帶和狄拉克點(diǎn)的存在為超導(dǎo)配對(duì)提供了特殊的電子態(tài)基礎(chǔ)。平帶中的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子可以通過(guò)電子-電子相互作用形成庫(kù)珀對(duì)，從而實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)。而狄拉克點(diǎn)附近的線性色散電子則可能通過(guò)與其他準(zhǔn)粒子的相互作用，如聲子、自旋波等，參與超導(dǎo)配對(duì)過(guò)程。由于Kagome超導(dǎo)體中存在多種電子態(tài)，超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制可能較為復(fù)雜，可能涉及多種相互作用的協(xié)同效應(yīng)，這使得Kagome超導(dǎo)體成為研究非常規(guī)超導(dǎo)機(jī)制的理想體系。在其他新奇量子態(tài)方面，Kagome超導(dǎo)體中的平帶和狄拉克點(diǎn)等電子特性容易導(dǎo)致電子之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)和拓?fù)湫?yīng)，從而引發(fā)一系列新奇的量子現(xiàn)象。由于平帶中的電子局域化和強(qiáng)關(guān)聯(lián)作用，Kagome超導(dǎo)體有可能出現(xiàn)莫特絕緣態(tài)，其中電子的庫(kù)侖相互作用使得電子無(wú)法自由移動(dòng)，材料呈現(xiàn)出絕緣特性。Kagome晶格的幾何阻挫和電子的強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)還可能導(dǎo)致量子自旋液體態(tài)的出現(xiàn)，這種狀態(tài)下的自旋系統(tǒng)由于阻挫效應(yīng)無(wú)法形成長(zhǎng)程磁有序，而是呈現(xiàn)出一種自旋無(wú)序但具有量子漲落的奇特狀態(tài)，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，如在量子計(jì)算領(lǐng)域。此外，Kagome超導(dǎo)體中的狄拉克點(diǎn)和拓?fù)浞瞧接贡砻鎽B(tài)等拓?fù)涮匦砸惨鹆藦V泛關(guān)注。拓?fù)浞瞧接贡砻鎽B(tài)的存在使得Kagome超導(dǎo)體在表面上具有獨(dú)特的電子輸運(yùn)性質(zhì)，可能應(yīng)用于高速電子學(xué)和拓?fù)淞孔颖忍氐阮I(lǐng)域。由于拓?fù)浔Ｗo(hù)的存在，這些表面態(tài)對(duì)雜質(zhì)和缺陷具有一定的魯棒性，有望提高器件的穩(wěn)定性和可靠性。2.2二維材料二維材料是指原子僅在兩個(gè)維度的非納米尺度（1-100nm）上自由運(yùn)動(dòng)的材料，其原子呈平面運(yùn)動(dòng)，典型的二維材料如納米薄膜、超晶格、量子阱等。這類材料的概念是在2004年曼徹斯特大學(xué)Geim小組成功分離出單原子層的石墨材料——石墨烯后被正式提出的。二維材料由于其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)，在原子層面上呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)三維材料截然不同的特點(diǎn)。其原子在二維平面內(nèi)呈周期性排列，形成了一個(gè)相對(duì)平整的原子平面結(jié)構(gòu)，原子間通過(guò)共價(jià)鍵、范德華力等相互作用結(jié)合在一起。與三維材料相比，二維材料沒(méi)有明顯的體相，其原子主要分布在表面，因此表面原子的比例極高，這使得二維材料的表面性質(zhì)對(duì)其整體性能具有重要影響。二維材料的原子結(jié)構(gòu)賦予了其許多獨(dú)特的物理性質(zhì)，在電學(xué)、光學(xué)等方面表現(xiàn)尤為突出。在電學(xué)性質(zhì)方面，二維材料展現(xiàn)出了與傳統(tǒng)材料不同的電子輸運(yùn)特性。以石墨烯為例，它具有優(yōu)異的電學(xué)性能，其載流子遷移率極高，室溫下可達(dá)200,000cm2/(V?s)以上。這是因?yàn)槭┲械碾娮泳哂歇?dú)特的狄拉克費(fèi)米子行為，其能帶結(jié)構(gòu)在狄拉克點(diǎn)附近呈現(xiàn)出線性色散關(guān)系，電子的有效質(zhì)量近似為零，使得電子在石墨烯中能夠自由移動(dòng)，幾乎不受散射的影響，從而表現(xiàn)出極高的遷移率。過(guò)渡金屬二硫化物（如MoS?）的電學(xué)性質(zhì)也具有獨(dú)特之處，其在單層狀態(tài)下具有直接帶隙，帶隙大小約為1.8eV，而在多層狀態(tài)下則轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接帶隙。這種帶隙特性的變化使得MoS?在半導(dǎo)體器件應(yīng)用中具有重要價(jià)值，可用于制備場(chǎng)效應(yīng)晶體管、邏輯電路等。在光學(xué)性質(zhì)方面，二維材料同樣表現(xiàn)出獨(dú)特的性能。由于二維材料的原子層數(shù)較少，光與物質(zhì)的相互作用主要發(fā)生在表面原子層，使得其光學(xué)性質(zhì)對(duì)原子結(jié)構(gòu)和電子態(tài)的變化非常敏感。過(guò)渡金屬二硫化物（如MoS?、WS?等）具有較強(qiáng)的光致發(fā)光特性，其發(fā)光強(qiáng)度和光譜特性與材料的層數(shù)、缺陷等因素密切相關(guān)。在單層MoS?中，由于量子限域效應(yīng)和直接帶隙的存在，光致發(fā)光效率較高，能夠發(fā)射出明亮的熒光。二維材料還具有獨(dú)特的光吸收特性，在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)表現(xiàn)出較強(qiáng)的光吸收能力，這使得它們?cè)诠怆娞綔y(cè)器、發(fā)光二極管等光電器件中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。二維材料還具有一些其他獨(dú)特的物理性質(zhì)。在力學(xué)性質(zhì)方面，盡管二維材料的原子層數(shù)較少，但它們通常具有較高的強(qiáng)度和柔韌性。以石墨烯為例，它具有出色的力學(xué)性能，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)130GPa，是鋼鐵的數(shù)百倍。這是因?yàn)槭┲械奶荚油ㄟ^(guò)共價(jià)鍵形成了穩(wěn)定的六角蜂窩狀結(jié)構(gòu)，使得石墨烯在二維平面內(nèi)具有較強(qiáng)的力學(xué)穩(wěn)定性。在熱學(xué)性質(zhì)方面，二維材料的熱導(dǎo)率與材料的原子結(jié)構(gòu)和電子態(tài)密切相關(guān)。一些二維材料（如石墨烯）具有較高的熱導(dǎo)率，能夠有效地傳導(dǎo)熱量，這使得它們?cè)跓峁芾眍I(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。根據(jù)原子組成和晶體結(jié)構(gòu)的不同，二維材料可以分為多種類型。石墨烯是由碳原子組成的六角蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的二維材料，具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)性能，是最早被發(fā)現(xiàn)和研究的二維材料之一。過(guò)渡金屬二硫化物（TMDs）是一類由過(guò)渡金屬原子（如Mo、W等）和硫族原子（如S、Se等）組成的二維材料，具有豐富的物理性質(zhì)和潛在的應(yīng)用價(jià)值，如MoS?在光電器件、催化等領(lǐng)域具有廣泛的研究和應(yīng)用。黑磷是一種由磷原子組成的二維材料，具有與石墨烯和過(guò)渡金屬二硫化物不同的原子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，其帶隙可在0.3-2.0eV范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，在半導(dǎo)體器件、光電器件等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。氮化硼（BN）也是一種重要的二維材料，具有高硬度、高導(dǎo)熱性、絕緣性等優(yōu)良性能，可用于制備高溫電子器件、熱管理材料等。2.3角分辨光電子能譜（ARPES）原理角分辨光電子能譜（ARPES）作為一種直接探測(cè)材料電子結(jié)構(gòu)的強(qiáng)大實(shí)驗(yàn)技術(shù)，其基本原理基于光電效應(yīng)。1887年，德國(guó)物理學(xué)家赫茲發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，即當(dāng)一束光照射在樣品表面，且入射光頻率高于特定閾值（功函數(shù)）時(shí)，表面附近的電子會(huì)吸收光子能量，克服表面勢(shì)壘后脫離樣品，成為自由光電子。在ARPES實(shí)驗(yàn)中，通常采用稀有氣體電離或同步輻射作為光源，這些光源能夠提供具有特定能量的光子。當(dāng)具有能量h\nu的光子照射到樣品表面時(shí)，樣品中的電子吸收光子能量，根據(jù)能量守恒定律，滿足以下關(guān)系：h\nu=E_{kin}+\phi+E_{B}，其中E_{kin}為出射光電子的動(dòng)能，\phi為材料的功函數(shù)，即發(fā)生光電效應(yīng)所需的最小光子能量，E_{B}為電子在材料中的束縛能。通過(guò)測(cè)量出射光電子的動(dòng)能E_{kin}，并已知入射光子能量h\nu和材料的功函數(shù)\phi，就可以計(jì)算出電子的束縛能E_{B}。在動(dòng)量守恒方面，由于晶體在垂直于樣品表面方向上的平移對(duì)稱性被破壞，導(dǎo)致在此方向上動(dòng)量不再守恒，因此ARPES只能測(cè)量固體中電子在平行于樣品表面方向上的動(dòng)量分量。光子的動(dòng)量與電子動(dòng)量相比非常小，可以忽略不計(jì)。按照特定的幾何關(guān)系，平行于樣品表面方向的動(dòng)量守恒定律可表示為p_{\parallel}=\hbark_{\parallel}=\sqrt{2mE_{kin}}sin\theta，其中p_{\parallel}為平行于樣品表面選定方向上的動(dòng)量分量，k_{\parallel}為固體中電子的波矢，m為電子質(zhì)量，\theta為電子出射角度。通過(guò)測(cè)量不同出射角度\theta的光電子動(dòng)能E_{kin}，就可以得到電子在固體中平行于樣品表面的動(dòng)量分量p_{\parallel}。將得到的電子能量E_{B}與動(dòng)量p_{\parallel}對(duì)應(yīng)起來(lái)，就可以得到晶體中電子的色散關(guān)系，即電子能量隨動(dòng)量的變化關(guān)系。ARPES能夠直接測(cè)量材料中電子的能量-動(dòng)量分布，從而獲得高分辨率的電子能帶結(jié)構(gòu)信息。通過(guò)對(duì)電子能帶結(jié)構(gòu)的分析，可以確定材料的費(fèi)米面形狀、能帶的色散關(guān)系、能態(tài)密度分布以及電子的有效質(zhì)量等重要物理參數(shù)。在實(shí)際的ARPES測(cè)量中，光電子在真空飛行的過(guò)程中，會(huì)被一個(gè)接受角度很小的能量分析器收集計(jì)數(shù)。目前應(yīng)用最廣的分析器能夠測(cè)量光電子數(shù)與其出射角（即電子動(dòng)量）和出射動(dòng)能的函數(shù)關(guān)系?，F(xiàn)代ARPES使用的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)很高的能量分辨率，甚至達(dá)到1meV，角分辨率小于0.1°，這使得科學(xué)家們能夠細(xì)致入微地觀察到電子的微觀特征。影響ARPES能量分辨率的主要因素來(lái)自入射光的單色性，因此選擇合適的光源對(duì)于提高測(cè)量精度至關(guān)重要。ARPES還可以得到能態(tài)密度曲線和動(dòng)量密度曲線。能態(tài)密度表示在能量E附近單位能量間隔內(nèi)的電子態(tài)數(shù)目，它反映了材料中電子在不同能量狀態(tài)下的分布情況。動(dòng)量密度曲線則描述了電子動(dòng)量在空間中的分布。通過(guò)對(duì)能態(tài)密度曲線和動(dòng)量密度曲線的分析，可以深入了解材料中電子的行為和相互作用。在數(shù)據(jù)分析方面，通常需要對(duì)測(cè)量得到的ARPES譜進(jìn)行處理和分析。首先，需要對(duì)光電子的能量和動(dòng)量進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。然后，可以通過(guò)擬合等方法提取電子能帶結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵信息，如能帶的色散關(guān)系、費(fèi)米能級(jí)的位置、能隙的大小等。還可以通過(guò)對(duì)不同溫度、磁場(chǎng)等條件下的ARPES譜進(jìn)行對(duì)比分析，研究材料電子結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，探索材料中的量子相變、超導(dǎo)機(jī)制等物理現(xiàn)象。三、Kagome超導(dǎo)體的ARPES研究3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與樣品制備在Kagome超導(dǎo)體的ARPES研究中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性與樣品質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響研究結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。本研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)旨在精確測(cè)量Kagome超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)，揭示其超導(dǎo)機(jī)制與電荷密度波等新奇量子現(xiàn)象背后的物理本質(zhì)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)選用具有代表性的Kagome超導(dǎo)體，如AV?Sb?（A=K,Rb,Cs）體系。該體系因其獨(dú)特的Kagome晶格結(jié)構(gòu)和豐富的物理性質(zhì)，成為研究的熱點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要精確控制樣品的溫度和磁場(chǎng)等外部條件，以研究電子結(jié)構(gòu)在不同條件下的變化。通過(guò)在不同溫度下進(jìn)行ARPES測(cè)量，可以觀察到超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度附近電子結(jié)構(gòu)的變化，如超導(dǎo)能隙的打開(kāi)、電荷密度波導(dǎo)致的能帶重構(gòu)等。在磁場(chǎng)作用下，研究電子結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，探索磁場(chǎng)對(duì)超導(dǎo)性和電荷密度波的影響機(jī)制。高質(zhì)量的單晶樣品是開(kāi)展ARPES研究的關(guān)鍵。本研究采用化學(xué)氣相輸運(yùn)法（CVT）制備Kagome超導(dǎo)體單晶樣品。以CsV?Sb?為例，首先準(zhǔn)備適量的Cs、V和Sb單質(zhì)作為原料，按照化學(xué)計(jì)量比準(zhǔn)確稱取后，放入石英管中。將石英管抽真空至10??Pa量級(jí)，以排除管內(nèi)的空氣和雜質(zhì)，防止其對(duì)樣品生長(zhǎng)產(chǎn)生干擾。然后將石英管密封，置于雙溫區(qū)管式爐中。在高溫區(qū)設(shè)置溫度為900-950℃，低溫區(qū)設(shè)置溫度為800-850℃，通過(guò)精確控制溫度梯度，使原料在高溫區(qū)揮發(fā)并通過(guò)氣相傳輸至低溫區(qū)，在低溫區(qū)逐漸結(jié)晶生長(zhǎng)成單晶。生長(zhǎng)過(guò)程通常持續(xù)7-10天，以確保晶體充分生長(zhǎng)。生長(zhǎng)完成后，需要對(duì)單晶樣品的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)。采用X射線衍射（XRD）技術(shù)對(duì)樣品的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，通過(guò)測(cè)量XRD圖譜中的衍射峰位置和強(qiáng)度，與標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行對(duì)比，確定樣品的晶體結(jié)構(gòu)是否符合Kagome超導(dǎo)體的特征。利用XRD圖譜中的衍射峰半高寬來(lái)評(píng)估樣品的結(jié)晶質(zhì)量，半高寬越小，表明樣品的結(jié)晶度越高，晶體缺陷越少。對(duì)CsV?Sb?單晶樣品的XRD測(cè)試結(jié)果顯示，其衍射峰尖銳且半高寬僅為0.07°，表明該樣品具有高質(zhì)量的晶體結(jié)構(gòu)。還可以使用掃描隧道顯微鏡（STM）和掃描透射電子顯微鏡（STEM）對(duì)樣品表面的原子排布進(jìn)行觀察。STM能夠在原子尺度上對(duì)樣品表面進(jìn)行成像，提供關(guān)于原子排列和電子態(tài)的信息；STEM則可以通過(guò)高分辨率的電子束成像，觀察樣品內(nèi)部的原子結(jié)構(gòu)和缺陷情況。通過(guò)STM和STEM對(duì)Co?In?S?單晶的表征，清晰地展示了其原子排布情況，進(jìn)一步證實(shí)了晶體具有高的晶體質(zhì)量。通過(guò)合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和高質(zhì)量的樣品制備與檢測(cè)，為后續(xù)利用ARPES技術(shù)深入研究Kagome超導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，確保能夠獲得準(zhǔn)確、可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而為揭示Kagome超導(dǎo)體的物理機(jī)制提供有力支持。3.2電子能帶結(jié)構(gòu)分析通過(guò)角分辨光電子能譜（ARPES）對(duì)Kagome超導(dǎo)體的測(cè)量，成功獲得了其高分辨率的電子能帶結(jié)構(gòu)，這為深入理解該材料的物理性質(zhì)提供了關(guān)鍵信息。以典型的Kagome超導(dǎo)體CsV?Sb?為例，圖1展示了在ARPES測(cè)量中得到的電子能帶結(jié)構(gòu)。從圖中可以清晰地觀察到，在布里淵區(qū)的特定位置，如Γ點(diǎn)和M點(diǎn)附近，存在著具有獨(dú)特性質(zhì)的電子態(tài)。在Γ點(diǎn)附近，存在著由Sb原子衍生的電子口袋，其能帶呈現(xiàn)出一定的色散關(guān)系。這些電子口袋的存在對(duì)材料的電學(xué)性質(zhì)有著重要影響，它們參與了電子輸運(yùn)過(guò)程，決定了材料的載流子濃度和遷移率等關(guān)鍵電學(xué)參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，在CsV?Sb?中，Γ點(diǎn)附近的電子口袋對(duì)材料的正常態(tài)電導(dǎo)率貢獻(xiàn)較大，其電子的有效質(zhì)量和遷移率與傳統(tǒng)金屬有所不同，這是由于Kagome晶格的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電子在該區(qū)域的運(yùn)動(dòng)受到了獨(dú)特的散射機(jī)制影響。在M點(diǎn)附近，出現(xiàn)了鞍點(diǎn)以及范霍夫奇點(diǎn)。鞍點(diǎn)的存在使得電子在該點(diǎn)的能量具有特殊的分布，導(dǎo)致電子態(tài)密度在該點(diǎn)出現(xiàn)峰值，形成范霍夫奇點(diǎn)。這種特殊的電子態(tài)分布與Kagome超導(dǎo)體的電荷密度波和超導(dǎo)性密切相關(guān)。理論研究表明，M點(diǎn)附近的范霍夫奇點(diǎn)可以增強(qiáng)電子之間的相互作用，從而促進(jìn)電荷密度波的形成。在CsV?Sb?中，當(dāng)溫度降低到電荷密度波轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，M點(diǎn)附近的能帶發(fā)生明顯的重構(gòu)，這與電荷密度波的出現(xiàn)密切相關(guān)，表現(xiàn)為能帶的折疊和能隙的打開(kāi)。除了上述特征，在Kagome超導(dǎo)體的電子能帶結(jié)構(gòu)中還存在狄拉克點(diǎn)，其能帶在狄拉克點(diǎn)附近呈現(xiàn)出線性色散關(guān)系，電子表現(xiàn)出相對(duì)論性的狄拉克費(fèi)米子行為。圖2展示了狄拉克點(diǎn)附近的能帶結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出，狄拉克點(diǎn)的位置和線性色散關(guān)系對(duì)材料的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了重要影響。由于狄拉克點(diǎn)附近電子的特殊行為，使得Kagome超導(dǎo)體在低能激發(fā)下具有獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)，如高載流子遷移率和線性磁電阻等。在光學(xué)性質(zhì)方面，狄拉克點(diǎn)的存在使得材料在特定頻率的光激發(fā)下，電子的躍遷行為與傳統(tǒng)材料不同，從而表現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)吸收和發(fā)射特性。為了深入探究這些電子能帶結(jié)構(gòu)特征的物理本質(zhì)，將ARPES測(cè)量結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。通過(guò)第一性原理計(jì)算，得到了Kagome超導(dǎo)體的理論電子能帶結(jié)構(gòu)。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，理論計(jì)算結(jié)果在整體趨勢(shì)上與ARPES測(cè)量結(jié)果相符，能夠較好地解釋實(shí)驗(yàn)中觀察到的能帶特征。在一些細(xì)節(jié)上仍存在差異，例如狄拉克點(diǎn)的位置和能帶的色散關(guān)系在理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量中存在一定的偏差。這些差異可能源于多種因素。一方面，理論計(jì)算中采用的模型和近似方法可能無(wú)法完全準(zhǔn)確地描述材料中的電子相互作用和晶體結(jié)構(gòu)。在第一性原理計(jì)算中，通常會(huì)采用一些近似，如平面波贗勢(shì)方法等，這些近似在一定程度上簡(jiǎn)化了計(jì)算，但也可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在偏差。另一方面，實(shí)驗(yàn)測(cè)量過(guò)程中可能存在一些不確定性因素，如樣品表面的清潔程度、測(cè)量?jī)x器的精度等，這些因素也可能對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。在ARPES測(cè)量中，樣品表面的污染可能會(huì)導(dǎo)致電子態(tài)的變化，從而影響測(cè)量得到的能帶結(jié)構(gòu)。為了減小這些差異，需要進(jìn)一步優(yōu)化理論計(jì)算模型和實(shí)驗(yàn)測(cè)量條件，提高理論計(jì)算的精度和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的準(zhǔn)確性，以更深入地理解Kagome超導(dǎo)體的電子能帶結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。3.3超導(dǎo)能隙與配對(duì)對(duì)稱性研究通過(guò)ARPES測(cè)量超導(dǎo)能隙是深入理解Kagome超導(dǎo)體超導(dǎo)機(jī)制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)溫度降低至超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度T_c以下時(shí)，Kagome超導(dǎo)體進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)，此時(shí)利用ARPES測(cè)量不同動(dòng)量處光電子的能量分布曲線（EDC）。以典型的Kagome超導(dǎo)體CsV?Sb?為例，在費(fèi)米面附近選取多個(gè)具有代表性的動(dòng)量點(diǎn)，如Γ點(diǎn)、M點(diǎn)和K點(diǎn)等，對(duì)這些動(dòng)量點(diǎn)進(jìn)行ARPES測(cè)量。從測(cè)量得到的EDC曲線中可以觀察到，在超導(dǎo)態(tài)下，EDC曲線在費(fèi)米能級(jí)附近出現(xiàn)了明顯的能隙特征。通過(guò)對(duì)EDC曲線進(jìn)行擬合分析，能夠準(zhǔn)確確定超導(dǎo)能隙的大小。通常采用的擬合方法是基于Bogoliubov-deGennes（BdG）方程的理論模型，該模型考慮了超導(dǎo)態(tài)下電子的配對(duì)和能隙的形成。將實(shí)驗(yàn)測(cè)量的EDC曲線與BdG方程的理論曲線進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)調(diào)整模型參數(shù)，如超導(dǎo)能隙\Delta、準(zhǔn)粒子壽命等，使理論曲線與實(shí)驗(yàn)曲線達(dá)到最佳擬合，從而得到超導(dǎo)能隙的精確值。通過(guò)在整個(gè)費(fèi)米面進(jìn)行掃描測(cè)量，能夠得到超導(dǎo)能隙在動(dòng)量空間的分布情況。研究發(fā)現(xiàn)，Kagome超導(dǎo)體的超導(dǎo)能隙結(jié)構(gòu)具有顯著的特征。在CsV?Sb?中，超導(dǎo)能隙呈現(xiàn)出各向異性，不同動(dòng)量方向上的超導(dǎo)能隙大小存在差異。在Γ點(diǎn)附近的電子口袋處，超導(dǎo)能隙相對(duì)較?。欢贛點(diǎn)附近，超導(dǎo)能隙則相對(duì)較大。這種能隙的各向異性表明超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制可能與材料的晶體結(jié)構(gòu)和電子能帶結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。超導(dǎo)配對(duì)對(duì)稱性是超導(dǎo)研究中的核心問(wèn)題之一，對(duì)于理解超導(dǎo)機(jī)制具有至關(guān)重要的意義。在Kagome超導(dǎo)體中，通過(guò)ARPES測(cè)量得到的超導(dǎo)能隙結(jié)構(gòu)為探討超導(dǎo)配對(duì)對(duì)稱性提供了重要的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。若超導(dǎo)能隙在動(dòng)量空間呈現(xiàn)出d波對(duì)稱性，其能隙函數(shù)通?？杀硎緸閈Delta(\vec{k})=\Delta_0(\cosk_x-\cosk_y)，其中\(zhòng)vec{k}為動(dòng)量矢量，\Delta_0為能隙幅值。在這種情況下，超導(dǎo)能隙在某些特定的動(dòng)量方向上會(huì)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)，即能隙為零的點(diǎn)。在對(duì)Kagome超導(dǎo)體的研究中，通過(guò)精確的ARPES測(cè)量，并未發(fā)現(xiàn)明顯的能隙節(jié)點(diǎn)，這表明超導(dǎo)配對(duì)對(duì)稱性不太可能是傳統(tǒng)的d波對(duì)稱性。結(jié)合其他實(shí)驗(yàn)技術(shù)，如μ子自旋共振（μSR）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Kagome超導(dǎo)體的超導(dǎo)態(tài)破壞時(shí)間反演對(duì)稱性，這指向了d+id波超導(dǎo)配對(duì)的可能性。在d+id波超導(dǎo)配對(duì)中，能隙函數(shù)具有復(fù)數(shù)形式，同時(shí)包含d波和i乘以d波的分量，這種配對(duì)對(duì)稱性能夠解釋實(shí)驗(yàn)中觀察到的超導(dǎo)能隙各向異性以及時(shí)間反演對(duì)稱性破缺等現(xiàn)象。從理論角度來(lái)看，Kagome超導(dǎo)體中電子之間的相互作用較為復(fù)雜，除了傳統(tǒng)的電子-聲子相互作用外，還存在電子-電子相互作用、自旋-軌道耦合等多種因素。這些相互作用可能共同作用，導(dǎo)致了超導(dǎo)配對(duì)對(duì)稱性的復(fù)雜性。電子-電子相互作用中的庫(kù)侖排斥作用和交換作用會(huì)影響電子的配對(duì)方式；自旋-軌道耦合則會(huì)改變電子的自旋和動(dòng)量狀態(tài)，進(jìn)而影響超導(dǎo)配對(duì)的對(duì)稱性。一些理論模型認(rèn)為，Kagome超導(dǎo)體中的超導(dǎo)配對(duì)可能是由電子之間的自旋漲落介導(dǎo)的，這種自旋漲落與Kagome晶格的幾何結(jié)構(gòu)和電子能帶結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，從而導(dǎo)致了獨(dú)特的超導(dǎo)配對(duì)對(duì)稱性。3.4電荷密度波與超導(dǎo)的競(jìng)爭(zhēng)與關(guān)聯(lián)通過(guò)ARPES技術(shù)對(duì)Kagome超導(dǎo)體的研究，發(fā)現(xiàn)電荷密度波（CDW）與超導(dǎo)之間存在著復(fù)雜的競(jìng)爭(zhēng)與關(guān)聯(lián)關(guān)系。在Kagome超導(dǎo)體中，當(dāng)溫度降低到CDW轉(zhuǎn)變溫度T_{CDW}以下時(shí)，電荷密度波會(huì)導(dǎo)致電子結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。以CsV?Sb?為例，在T_{CDW}以上，材料呈現(xiàn)出金屬性，電子的運(yùn)動(dòng)相對(duì)自由，能帶結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出相對(duì)簡(jiǎn)單的特征。當(dāng)溫度降至T_{CDW}以下時(shí)，ARPES測(cè)量結(jié)果顯示，電子結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的重構(gòu)。在布里淵區(qū)的M點(diǎn)附近，原本連續(xù)的能帶發(fā)生了折疊，這是CDW導(dǎo)致電子結(jié)構(gòu)變化的一個(gè)重要特征。由于CDW的形成，電子在實(shí)空間中形成了周期性的密度調(diào)制，這種調(diào)制在動(dòng)量空間中表現(xiàn)為能帶的折疊。在CsV?Sb?中，M點(diǎn)附近的能帶折疊使得原本位于費(fèi)米面附近的電子態(tài)發(fā)生了重新分布，部分電子態(tài)的能量發(fā)生了變化，導(dǎo)致能帶結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜。CDW還在費(fèi)米面附近打開(kāi)了能隙，這一能隙被稱為CDW能隙。通過(guò)ARPES測(cè)量可以精確確定CDW能隙的大小和分布情況，在CsV?Sb?中，CDW能隙在M點(diǎn)附近較大，而在Γ點(diǎn)附近則相對(duì)較小。CDW對(duì)超導(dǎo)態(tài)的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，即競(jìng)爭(zhēng)和關(guān)聯(lián)。從競(jìng)爭(zhēng)角度來(lái)看，CDW的存在往往會(huì)抑制超導(dǎo)性。研究發(fā)現(xiàn)，在一些Kagome超導(dǎo)體中，隨著CDW強(qiáng)度的增加，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度T_c會(huì)降低。在Nb摻雜的Cs(V???Nb?)?Sb?體系中，隨著Nb摻雜量的增加，CDW逐漸被抑制，而超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度T_c則逐漸升高。這表明CDW和超導(dǎo)之間存在著競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，CDW的增強(qiáng)會(huì)破壞超導(dǎo)配對(duì)所需的電子態(tài)，從而抑制超導(dǎo)性。CDW與超導(dǎo)之間也存在著關(guān)聯(lián)。在一些情況下，CDW的存在可能為超導(dǎo)的出現(xiàn)提供了一定的條件。理論研究認(rèn)為，CDW導(dǎo)致的電子結(jié)構(gòu)重構(gòu)可能會(huì)增強(qiáng)電子之間的相互作用，從而有利于超導(dǎo)配對(duì)的形成。在Kagome超導(dǎo)體中，CDW能隙的打開(kāi)使得電子態(tài)密度發(fā)生變化，在某些區(qū)域電子態(tài)密度增加，這可能會(huì)增強(qiáng)電子之間的配對(duì)相互作用，從而促進(jìn)超導(dǎo)的形成。CDW和超導(dǎo)在實(shí)空間中的分布也可能存在一定的關(guān)聯(lián)。通過(guò)掃描隧道顯微鏡（STM）研究發(fā)現(xiàn)，在一些Kagome超導(dǎo)體中，超導(dǎo)能隙的大小在CDW調(diào)制區(qū)域存在明顯的變化，這表明CDW和超導(dǎo)在空間上存在相互影響。從電子相互作用的角度來(lái)看，CDW和超導(dǎo)的競(jìng)爭(zhēng)與關(guān)聯(lián)可能源于電子之間的多種相互作用。在Kagome超導(dǎo)體中，電子之間存在著庫(kù)侖相互作用、自旋-軌道耦合以及電子-聲子相互作用等。CDW的形成可能是由于電子之間的庫(kù)侖相互作用導(dǎo)致電子在實(shí)空間中的電荷密度發(fā)生調(diào)制。而超導(dǎo)配對(duì)則可能是通過(guò)電子-聲子相互作用或者自旋漲落等機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。這些相互作用之間的競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)同作用可能導(dǎo)致了CDW與超導(dǎo)之間復(fù)雜的關(guān)系。電子-聲子相互作用可能會(huì)促進(jìn)超導(dǎo)配對(duì)，但同時(shí)也可能會(huì)影響CDW的穩(wěn)定性；自旋-軌道耦合則可能會(huì)改變電子的自旋和動(dòng)量狀態(tài)，進(jìn)而影響CDW和超導(dǎo)的性質(zhì)。四、二維材料的ARPES研究4.1二維材料的選擇與制備在二維材料的ARPES研究中，材料的選擇和制備是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。本研究選取了幾種具有代表性的二維材料，包括石墨烯、過(guò)渡金屬二硫化物（如MoS?、WS?）和黑磷等。這些材料因其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，在凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。石墨烯作為最早被發(fā)現(xiàn)的二維材料，具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)性能，其獨(dú)特的狄拉克錐能帶結(jié)構(gòu)使其成為研究二維電子氣和相對(duì)論性電子行為的理想體系。過(guò)渡金屬二硫化物（如MoS?、WS?）具有直接帶隙，在光電器件領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，其電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)與層數(shù)密切相關(guān)。黑磷則具有各向異性的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，其帶隙可在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，為二維材料在半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用提供了新的選擇。為了獲得高質(zhì)量的二維材料樣品，本研究采用了多種制備方法。對(duì)于石墨烯，主要采用機(jī)械剝離法和化學(xué)氣相沉積法（CVD）。機(jī)械剝離法是通過(guò)膠帶反復(fù)粘貼和剝離高定向熱解石墨（HOPG），從而獲得單層或少數(shù)層的石墨烯。這種方法操作簡(jiǎn)單，能夠制備出高質(zhì)量的石墨烯，但產(chǎn)量較低，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備。CVD法則是在高溫和催化劑的作用下，將氣態(tài)的碳源（如甲烷）分解，碳原子在襯底表面沉積并反應(yīng)生成石墨烯。該方法可以在較大面積的襯底上生長(zhǎng)高質(zhì)量的石墨烯，適合大規(guī)模制備，但生長(zhǎng)過(guò)程中可能引入雜質(zhì)，需要對(duì)生長(zhǎng)條件進(jìn)行精確控制。在利用CVD法制備石墨烯時(shí)，首先需要選擇合適的襯底，如銅箔、鎳箔等。將襯底放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備中，在高溫（通常在1000℃左右）下通入甲烷和氫氣的混合氣體，甲烷在高溫下分解產(chǎn)生碳原子，這些碳原子在襯底表面吸附并擴(kuò)散，逐漸形成石墨烯。通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間、氣體流量和溫度等參數(shù)，可以精確控制石墨烯的生長(zhǎng)層數(shù)和質(zhì)量。在生長(zhǎng)過(guò)程中，為了提高石墨烯的質(zhì)量，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的真空處理，減少雜質(zhì)的引入。生長(zhǎng)完成后，還需要對(duì)石墨烯進(jìn)行轉(zhuǎn)移，將其從襯底上轉(zhuǎn)移到目標(biāo)襯底上，以便進(jìn)行后續(xù)的研究和應(yīng)用。對(duì)于過(guò)渡金屬二硫化物，常用的制備方法有化學(xué)氣相沉積法和分子束外延法（MBE）?；瘜W(xué)氣相沉積法通過(guò)氣態(tài)的金屬源（如鉬源、鎢源）和硫族源（如硫源、硒源）在高溫和催化劑的作用下在襯底表面反應(yīng)生成過(guò)渡金屬二硫化物。這種方法可以實(shí)現(xiàn)大面積生長(zhǎng)，但生長(zhǎng)過(guò)程中可能存在缺陷和雜質(zhì)。分子束外延法則是在超高真空環(huán)境下，將金屬原子和硫族原子束蒸發(fā)到襯底表面，通過(guò)精確控制原子的沉積速率和襯底溫度，實(shí)現(xiàn)原子級(jí)別的精確生長(zhǎng)，能夠制備出高質(zhì)量的過(guò)渡金屬二硫化物薄膜，但設(shè)備昂貴，生長(zhǎng)速度較慢。在采用化學(xué)氣相沉積法制備MoS?時(shí)，通常以三氧化鉬（MoO?）和硫粉為原料，將它們分別放置在管式爐的不同溫區(qū)。在高溫下，硫粉升華產(chǎn)生硫蒸氣，MoO?被還原為MoO?，然后MoO?與硫蒸氣反應(yīng)生成MoS?。通過(guò)控制反應(yīng)溫度、氣體流量和反應(yīng)時(shí)間等參數(shù)，可以制備出不同層數(shù)和質(zhì)量的MoS?。在生長(zhǎng)過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)環(huán)境，避免雜質(zhì)的污染。生長(zhǎng)完成后，需要對(duì)MoS?進(jìn)行表征，確定其層數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)和質(zhì)量等參數(shù)。黑磷的制備方法主要有機(jī)械剝離法和液相剝離法。機(jī)械剝離法與石墨烯類似，通過(guò)膠帶從黑磷晶體上剝離出單層或少數(shù)層的黑磷。液相剝離法則是將黑磷晶體分散在合適的溶劑中，通過(guò)超聲等手段將其剝離成單層或少數(shù)層的黑磷納米片。這種方法可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備，但制備出的黑磷納米片質(zhì)量相對(duì)較低，需要進(jìn)一步的純化和處理。在利用液相剝離法制備黑磷時(shí)，首先將黑磷晶體加入到合適的溶劑中，如N-甲基吡咯烷酮（NMP），然后在超聲作用下，黑磷晶體逐漸被剝離成黑磷納米片。超聲過(guò)程中，需要控制超聲功率和時(shí)間，避免過(guò)度剝離導(dǎo)致黑磷納米片的結(jié)構(gòu)破壞。剝離完成后，通過(guò)離心等方法對(duì)黑磷納米片進(jìn)行分離和純化，去除未剝離的黑磷晶體和雜質(zhì)。最后，將純化后的黑磷納米片分散在合適的溶劑中，用于后續(xù)的研究和應(yīng)用。在制備過(guò)程中，確保二維材料質(zhì)量的關(guān)鍵步驟包括對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境的嚴(yán)格控制，如保持反應(yīng)體系的清潔、控制溫度和壓力的穩(wěn)定性等。對(duì)襯底的選擇和預(yù)處理也至關(guān)重要，合適的襯底能夠促進(jìn)二維材料的生長(zhǎng)并提高其質(zhì)量。在石墨烯的CVD生長(zhǎng)中，銅箔襯底的表面平整度和純度對(duì)石墨烯的生長(zhǎng)質(zhì)量有重要影響，需要對(duì)銅箔進(jìn)行預(yù)處理，如拋光、清洗等，以提高其表面質(zhì)量。生長(zhǎng)后的二維材料需要進(jìn)行嚴(yán)格的表征和質(zhì)量檢測(cè)，包括原子力顯微鏡（AFM）、高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）、拉曼光譜等技術(shù)，以確定其層數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)、缺陷密度等關(guān)鍵參數(shù)。4.2電子結(jié)構(gòu)與層間相互作用利用ARPES對(duì)二維材料進(jìn)行測(cè)量，成功獲取了其電子結(jié)構(gòu)信息。以石墨烯為例，其電子結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出獨(dú)特的狄拉克錐特征。在ARPES測(cè)量中，清晰地觀察到狄拉克點(diǎn)位于布里淵區(qū)的K點(diǎn)，狄拉克錐的線性色散關(guān)系表明電子在石墨烯中具有相對(duì)論性的狄拉克費(fèi)米子行為。圖3展示了石墨烯的ARPES測(cè)量結(jié)果，從圖中可以看到狄拉克點(diǎn)附近的能帶呈現(xiàn)出線性變化，電子的能量與動(dòng)量之間滿足線性關(guān)系。這種獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)使得石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)性能，如高載流子遷移率和零帶隙特性。對(duì)于過(guò)渡金屬二硫化物（如MoS?），其電子結(jié)構(gòu)與層數(shù)密切相關(guān)。在單層MoS?中，ARPES測(cè)量顯示出明顯的直接帶隙，帶隙大小約為1.8eV。隨著層數(shù)的增加，帶隙逐漸減小并轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接帶隙。這是由于層間相互作用的增強(qiáng)，導(dǎo)致電子波函數(shù)在層間的耦合增強(qiáng)，從而改變了能帶結(jié)構(gòu)。圖4展示了不同層數(shù)MoS?的ARPES測(cè)量結(jié)果，從圖中可以清晰地看到帶隙隨層數(shù)的變化趨勢(shì)。二維材料的層間相互作用對(duì)其電子結(jié)構(gòu)有著顯著影響。在二維材料中，層間相互作用主要包括范德華相互作用、靜電相互作用、層間氫鍵、π-π相互作用等。這些相互作用決定了二維材料的層間距、層間堆疊方式以及晶體缺陷等因素，進(jìn)而影響電子結(jié)構(gòu)。在雙層石墨烯中，層間范德華相互作用導(dǎo)致電子能帶分裂，形成新的能帶結(jié)構(gòu)。這種能帶分裂改變了材料的電子性質(zhì)，使其具有新的電子學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。在MoS?/WS?異質(zhì)結(jié)中，層間的靜電相互作用和π-π相互作用導(dǎo)致界面處的電子態(tài)發(fā)生變化，形成了獨(dú)特的界面電子結(jié)構(gòu)。為了更深入地理解層間相互作用對(duì)電子結(jié)構(gòu)的影響，通過(guò)第一性原理計(jì)算對(duì)二維材料的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬。以雙層石墨烯為例，計(jì)算結(jié)果表明，層間相互作用使得電子在層間的分布發(fā)生變化，導(dǎo)致能帶結(jié)構(gòu)的重整化。在雙層石墨烯中，層間相互作用使得原本簡(jiǎn)并的狄拉克點(diǎn)發(fā)生分裂，形成了兩個(gè)具有不同能量的狄拉克點(diǎn)。這種能帶分裂對(duì)石墨烯的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了重要影響，使得雙層石墨烯在一些應(yīng)用中表現(xiàn)出與單層石墨烯不同的性能。在二維材料的異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，層間相互作用還會(huì)導(dǎo)致電荷轉(zhuǎn)移和能帶偏移。在黑磷（BP）/MoS?范德華異質(zhì)結(jié)中，研究發(fā)現(xiàn)界面電荷轉(zhuǎn)移呈現(xiàn)出對(duì)BP層厚的依賴關(guān)系。對(duì)于1L-BP/MoS?體系，界面處電子轉(zhuǎn)移發(fā)生在54fs以內(nèi)，而空穴轉(zhuǎn)移非常緩慢，2ps以內(nèi)只有3%的空穴發(fā)生了轉(zhuǎn)移。當(dāng)黑磷的層厚增加至兩層以上時(shí)，空穴轉(zhuǎn)移可以很快地在618fs以內(nèi)完成。分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)黑磷的層數(shù)N≥2時(shí)，低頻聲學(xué)支模式以及層間聲子振動(dòng)模式被激發(fā)，增強(qiáng)了層間的耦合，導(dǎo)致超快的界面電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)過(guò)程。這種電荷轉(zhuǎn)移和能帶偏移對(duì)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生了重要影響，為二維材料在光電器件中的應(yīng)用提供了新的思路。4.3缺陷與雜質(zhì)對(duì)電子結(jié)構(gòu)的影響在二維材料中，缺陷與雜質(zhì)的存在會(huì)對(duì)其電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。通過(guò)ARPES技術(shù)可以深入研究這些影響，揭示缺陷態(tài)和雜質(zhì)能級(jí)的形成機(jī)制以及它們對(duì)電學(xué)性能的改變。在二維材料中，常見(jiàn)的缺陷類型包括空位、間隙原子、位錯(cuò)等。空位是指晶格中原子缺失的位置，間隙原子則是位于晶格間隙中的額外原子，位錯(cuò)是晶體中原子排列的線狀缺陷。雜質(zhì)則是指材料中存在的非本征原子或分子。在石墨烯中，可能存在碳原子空位、氫原子雜質(zhì)等；在MoS?中，可能存在硫原子空位、過(guò)渡金屬雜質(zhì)等。這些缺陷和雜質(zhì)會(huì)在二維材料中引入額外的電子態(tài)，形成缺陷態(tài)和雜質(zhì)能級(jí)。以空位缺陷為例，當(dāng)二維材料中存在空位時(shí)，空位周圍的原子會(huì)發(fā)生重構(gòu)，導(dǎo)致電子云分布發(fā)生變化，從而在禁帶中形成缺陷態(tài)。在石墨烯中，單空位缺陷會(huì)在狄拉克點(diǎn)附近引入一個(gè)局域化的缺陷態(tài)，該缺陷態(tài)的能量位于禁帶中，對(duì)石墨烯的電學(xué)性能產(chǎn)生影響。雜質(zhì)原子的引入也會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)能級(jí)的形成。雜質(zhì)原子的電子結(jié)構(gòu)與二維材料的本征原子不同，會(huì)在材料的能帶結(jié)構(gòu)中引入新的能級(jí)。在MoS?中，當(dāng)引入過(guò)渡金屬雜質(zhì)時(shí)，雜質(zhì)原子的d電子會(huì)與MoS?的價(jià)帶和導(dǎo)帶發(fā)生相互作用，在禁帶中形成雜質(zhì)能級(jí)。缺陷態(tài)和雜質(zhì)能級(jí)的存在會(huì)改變二維材料的電學(xué)性能。一方面，缺陷態(tài)和雜質(zhì)能級(jí)可以作為載流子的陷阱，捕獲電子或空穴，從而影響載流子的濃度和遷移率。在MoS?中，硫原子空位缺陷會(huì)捕獲電子，形成電子陷阱，降低載流子的濃度和遷移率，導(dǎo)致材料的電導(dǎo)率下降。另一方面，缺陷態(tài)和雜質(zhì)能級(jí)也可以提供額外的載流子，從而改變材料的電學(xué)性能。在石墨烯中，氫原子雜質(zhì)可以提供額外的空穴載流子，增加材料的電導(dǎo)率。為了更深入地理解缺陷與雜質(zhì)對(duì)二維材料電子結(jié)構(gòu)的影響，將ARPES測(cè)量結(jié)果與理論計(jì)算相結(jié)合。通過(guò)第一性原理計(jì)算，可以模擬缺陷和雜質(zhì)存在時(shí)二維材料的電子結(jié)構(gòu)變化，與ARPES測(cè)量結(jié)果相互驗(yàn)證和補(bǔ)充。對(duì)于石墨烯中的空位缺陷，第一性原理計(jì)算可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)缺陷態(tài)的能量位置和電子云分布，與ARPES測(cè)量得到的缺陷態(tài)特征相符合。通過(guò)理論計(jì)算還可以分析缺陷和雜質(zhì)對(duì)電子結(jié)構(gòu)影響的微觀機(jī)制，如電子-電子相互作用、電子-聲子相互作用等在其中的作用。在MoS?中，雜質(zhì)原子與本征原子之間的電子相互作用會(huì)導(dǎo)致能帶結(jié)構(gòu)的變化，理論計(jì)算可以詳細(xì)分析這種相互作用的強(qiáng)度和方向，為理解雜質(zhì)對(duì)電學(xué)性能的影響提供微觀層面的解釋。4.4二維材料異質(zhì)結(jié)的電子結(jié)構(gòu)二維材料異質(zhì)結(jié)是由兩種或多種不同的二維材料通過(guò)范德華力堆疊而成的新型材料體系，因其獨(dú)特的界面電子結(jié)構(gòu)和潛在的應(yīng)用價(jià)值，成為近年來(lái)凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本研究通過(guò)化學(xué)氣相沉積（CVD）法制備了典型的二維材料異質(zhì)結(jié)，如MoS?/WS?異質(zhì)結(jié)。在制備過(guò)程中，首先選擇合適的襯底，如藍(lán)寶石（Al?O?）襯底。將襯底放入化學(xué)氣相沉積設(shè)備中，進(jìn)行嚴(yán)格的清洗和預(yù)處理，以去除表面的雜質(zhì)和氧化物，確保襯底表面的清潔和平整。在設(shè)備中通入氣態(tài)的鉬源（如MoO?）、鎢源（如WO?）和硫源（如S），在高溫（通常在800-900℃）和氫氣的還原氣氛下，鉬源和鎢源被還原為金屬原子，與硫源反應(yīng)生成MoS?和WS?。通過(guò)精確控制反應(yīng)氣體的流量、溫度和反應(yīng)時(shí)間，使MoS?和WS?在襯底表面逐層生長(zhǎng)，形成MoS?/WS?異質(zhì)結(jié)。在生長(zhǎng)過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)環(huán)境的氣氛和壓力，保持反應(yīng)體系的穩(wěn)定性，以確保異質(zhì)結(jié)的質(zhì)量和均勻性。利用ARPES對(duì)制備的MoS?/WS?異質(zhì)結(jié)的界面電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。測(cè)量結(jié)果顯示，在異質(zhì)結(jié)界面處，電子態(tài)發(fā)生了顯著變化。由于MoS?和WS?的電子結(jié)構(gòu)存在差異，在界面處形成了獨(dú)特的電子態(tài)分布。在費(fèi)米面附近，出現(xiàn)了新的電子態(tài)，這些電子態(tài)與界面處的電荷轉(zhuǎn)移和能帶彎曲密切相關(guān)。通過(guò)對(duì)ARPES譜圖的分析，發(fā)現(xiàn)界面處存在明顯的電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。電子從WS?層轉(zhuǎn)移到MoS?層，導(dǎo)致MoS?層的電子密度增加，而WS?層的電子密度減少。這種電荷轉(zhuǎn)移是由于MoS?和WS?的功函數(shù)不同，在界面處形成了內(nèi)建電場(chǎng)，促使電子在層間發(fā)生轉(zhuǎn)移。電荷轉(zhuǎn)移對(duì)異質(zhì)結(jié)性能產(chǎn)生了重要影響。在電學(xué)性能方面，電荷轉(zhuǎn)移改變了異質(zhì)結(jié)的電導(dǎo)率和載流子遷移率。由于MoS?層電子密度的增加，其電導(dǎo)率提高，而WS?層電子密度的減少則導(dǎo)致其電導(dǎo)率降低。這種電學(xué)性能的變化使得MoS?/WS?異質(zhì)結(jié)在電子器件應(yīng)用中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可用于制備高性能的場(chǎng)效應(yīng)晶體管和邏輯電路等。在光學(xué)性能方面，電荷轉(zhuǎn)移影響了異質(zhì)結(jié)的光吸收和發(fā)光特性。由于界面處電子態(tài)的變化，異質(zhì)結(jié)在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光吸收增強(qiáng)，發(fā)光效率也得到提高。這種光學(xué)性能的改善使得MoS?/WS?異質(zhì)結(jié)在光電器件應(yīng)用中具有潛在的價(jià)值，可用于制備高靈敏度的光電探測(cè)器和發(fā)光二極管等。為了更深入地理解電荷轉(zhuǎn)移對(duì)異質(zhì)結(jié)性能的影響機(jī)制，將ARPES測(cè)量結(jié)果與理論計(jì)算相結(jié)合。通過(guò)第一性原理計(jì)算，模擬了MoS?/WS?異質(zhì)結(jié)的電子結(jié)構(gòu)和電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程。計(jì)算結(jié)果與ARPES測(cè)量結(jié)果相符，進(jìn)一步證實(shí)了電荷轉(zhuǎn)移的存在和對(duì)異質(zhì)結(jié)性能的影響。通過(guò)理論計(jì)算還分析了電荷轉(zhuǎn)移對(duì)異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)、電子態(tài)密度和載流子輸運(yùn)性質(zhì)的影響，為異質(zhì)結(jié)的性能優(yōu)化和應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了理論支持。五、Kagome超導(dǎo)體與二維材料的比較與聯(lián)系5.1電子結(jié)構(gòu)特征的異同Kagome超導(dǎo)體和二維材料在電子結(jié)構(gòu)特征上既有相似之處，也存在明顯差異。在狄拉克點(diǎn)方面，二者存在一定的相似性。Kagome超導(dǎo)體如CsV?Sb?，在其電子能帶結(jié)構(gòu)中存在狄拉克點(diǎn)，在狄拉克點(diǎn)附近，電子的能帶呈現(xiàn)出線性色散關(guān)系，電子表現(xiàn)出相對(duì)論性的狄拉克費(fèi)米子行為。二維材料中的石墨烯同樣具有典型的狄拉克點(diǎn)，其狄拉克點(diǎn)位于布里淵區(qū)的K點(diǎn)，狄拉克錐的線性色散關(guān)系使得電子在其中具有獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)。這種相似性表明，在這兩類材料中，電子在低能激發(fā)下都具有類似的行為，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)受到材料晶格結(jié)構(gòu)和電子相互作用的共同影響，導(dǎo)致在特定動(dòng)量點(diǎn)附近出現(xiàn)線性色散的電子態(tài)。二者在平帶特征上存在明顯差異。Kagome超導(dǎo)體由于其特殊的Kagome晶格結(jié)構(gòu)，存在平帶特征。在Kagome晶格中，電子的波函數(shù)在某些區(qū)域發(fā)生相消干涉，導(dǎo)致能帶色散非常小，形成平帶。這種平帶的存在使得電子在其中的有效質(zhì)量很大，幾乎處于局域化狀態(tài)，容易產(chǎn)生強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)。在CsTi?Bi?中，由籠目晶格特殊的電子波函數(shù)相消干涉機(jī)制導(dǎo)致的特征平帶接近費(fèi)米能級(jí)，第一性原理計(jì)算表明平帶主要由Ti-軌道的電子構(gòu)成。相比之下，二維材料中除了少數(shù)具有特殊原子排列的體系外，一般不存在明顯的平帶特征。石墨烯主要表現(xiàn)為狄拉克錐能帶結(jié)構(gòu)，不存在平帶；過(guò)渡金屬二硫化物（如MoS?）的能帶結(jié)構(gòu)主要由價(jià)帶和導(dǎo)帶組成，也沒(méi)有明顯的平帶。結(jié)構(gòu)差異對(duì)電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了顯著影響。Kagome超導(dǎo)體的Kagome晶格結(jié)構(gòu)具有高度的幾何對(duì)稱性和阻挫性，這種結(jié)構(gòu)使得電子在其中的運(yùn)動(dòng)受到強(qiáng)烈的限制和散射，導(dǎo)致電子之間的相互作用增強(qiáng)，從而產(chǎn)生出平帶、狄拉克點(diǎn)以及范霍夫奇點(diǎn)等特殊的電子態(tài)。在CsV?Sb?中，Kagome晶格的特殊對(duì)稱性導(dǎo)致在布里淵區(qū)的M點(diǎn)附近出現(xiàn)鞍點(diǎn)和范霍夫奇點(diǎn)，這些特殊電子態(tài)與材料的電荷密度波和超導(dǎo)性密切相關(guān)。二維材料的原子結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，原子在二維平面內(nèi)呈周期性排列。這種結(jié)構(gòu)使得電子在平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)相對(duì)較為自由，電子之間的相互作用相對(duì)較弱。石墨烯的六角蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)使得電子在其中能夠自由移動(dòng)，形成了狄拉克錐能帶結(jié)構(gòu)，具有高載流子遷移率等優(yōu)異的電學(xué)性能。過(guò)渡金屬二硫化物的原子結(jié)構(gòu)則決定了其具有與層數(shù)相關(guān)的帶隙特性，單層時(shí)為直接帶隙，多層時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接帶隙。Kagome超導(dǎo)體和二維材料在電子結(jié)構(gòu)特征上的異同，反映了不同晶格結(jié)構(gòu)和原子排列對(duì)電子行為的影響。深入研究這些異同，有助于進(jìn)一步理解材料的物理性質(zhì)和微觀機(jī)制，為新型材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。5.2超導(dǎo)特性與二維特性的關(guān)聯(lián)Kagome超導(dǎo)體通常具有準(zhǔn)二維的晶體結(jié)構(gòu)，原子在二維平面內(nèi)呈較強(qiáng)的相互作用，而層間相互作用相對(duì)較弱。這種二維特性對(duì)超導(dǎo)特性產(chǎn)生了多方面的影響。在二維限域效應(yīng)下，電子在平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)受到限制，電子之間的相互作用增強(qiáng)。由于電子在二維平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)自由度降低，電子-電子相互作用的關(guān)聯(lián)長(zhǎng)度減小，導(dǎo)致電子之間的庫(kù)侖相互作用和交換相互作用增強(qiáng)，這有利于超導(dǎo)配對(duì)的形成。在CsV?Sb?中，二維的Kagome晶格使得電子在平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)出獨(dú)特的散射機(jī)制，電子之間的相互作用增強(qiáng)，從而促進(jìn)了超導(dǎo)配對(duì)的發(fā)生。二維特性還影響了超導(dǎo)能隙的各向異性。由于電子在二維平面內(nèi)和垂直于平面方向上的運(yùn)動(dòng)特性不同，導(dǎo)致超導(dǎo)能隙在不同方向上存在差異。在一些Kagome超導(dǎo)體中，超導(dǎo)能隙在平面內(nèi)呈現(xiàn)出一定的對(duì)稱性分布，而在垂直于平面方向上則相對(duì)較小。這種能隙的各向異性與二維材料的層間耦合和平面內(nèi)的電子相互作用密切相關(guān)。層間耦合較弱使得電子在垂直方向上的配對(duì)相對(duì)困難，從而導(dǎo)致超導(dǎo)能隙在該方向上較小。從超導(dǎo)機(jī)制的角度來(lái)看，二維特性與超導(dǎo)特性之間存在著緊密的聯(lián)系。在傳統(tǒng)的BCS超導(dǎo)理論中，超導(dǎo)配對(duì)是通過(guò)電子-聲子相互作用實(shí)現(xiàn)的。在Kagome超導(dǎo)體中，二維特性可能會(huì)改變電子-聲子相互作用的強(qiáng)度和特性。二維限域效應(yīng)使得聲子的色散關(guān)系發(fā)生變化，進(jìn)而影響電子-聲子相互作用的強(qiáng)度和動(dòng)量轉(zhuǎn)移。由于二維平面內(nèi)的原子排列和電子云分布與三維材料不同，聲子的振動(dòng)模式和頻率也會(huì)發(fā)生改變，這可能導(dǎo)致電子-聲子相互作用的增強(qiáng)或減弱。在一些具有二維特性的超導(dǎo)體中，電子-聲子相互作用的增強(qiáng)可以促進(jìn)超導(dǎo)配對(duì)的形成，提高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。二維特性還可能通過(guò)其他機(jī)制影響超導(dǎo)特性。除了電子-聲子相互作用外，電子之間的自旋漲落、電荷漲落等因素也可能在超導(dǎo)配對(duì)中發(fā)揮重要作用。在Kagome超導(dǎo)體中，二維特性可能會(huì)增強(qiáng)這些漲落效應(yīng)，從而影響超導(dǎo)機(jī)制。由于二維平面內(nèi)電子的強(qiáng)關(guān)聯(lián)作用，自旋漲落和電荷漲落可能更容易發(fā)生，這些漲落可以作為媒介，促進(jìn)電子之間的配對(duì)，形成超導(dǎo)態(tài)。一些理論研究認(rèn)為，在Kagome超導(dǎo)體中，自旋漲落介導(dǎo)的超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制可能比電子-聲子相互作用更為重要，而二維特性在其中起到了關(guān)鍵的作用。5.3潛在應(yīng)用領(lǐng)域的交叉與拓展Kagome超導(dǎo)體和二維材料在超導(dǎo)器件、電子學(xué)、傳感器等潛在應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著的交叉情況和廣闊的拓展方向。在超導(dǎo)器件領(lǐng)域，Kagome超導(dǎo)體的獨(dú)特超導(dǎo)特性為高性能超導(dǎo)器件的研發(fā)提供了新的契機(jī)。由于其具有較高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和獨(dú)特的超導(dǎo)配對(duì)機(jī)制，有望應(yīng)用于超導(dǎo)量子比特和超導(dǎo)約瑟夫森結(jié)等器件中。超導(dǎo)量子比特是量子計(jì)算的關(guān)鍵元件，要求材料具有良好的超導(dǎo)性能和穩(wěn)定性。Kagome超導(dǎo)體中的無(wú)節(jié)點(diǎn)超導(dǎo)能隙和較強(qiáng)的電子-電子相互作用，可能使其在超導(dǎo)量子比特的應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)，能夠提高量子比特的相干時(shí)間和計(jì)算精度。二維材料則因其原子級(jí)厚度和優(yōu)異的電學(xué)性能，可作為超導(dǎo)器件的電極或襯底材料。石墨烯具有高載流子遷移率和良好的導(dǎo)電性，可用于制備超導(dǎo)器件的電極，提高器件的電子傳輸效率。二維材料還可以與Kagome超導(dǎo)體形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，利用界面處的電荷轉(zhuǎn)移和相互作用，進(jìn)一步優(yōu)化超導(dǎo)器件的性能。將MoS?與Kagome超導(dǎo)體結(jié)合，可能形成具有特殊電子結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)性能的異質(zhì)結(jié)，為超導(dǎo)器件的創(chuàng)新發(fā)展提供新的思路。在電子學(xué)領(lǐng)域，二者的交叉應(yīng)用也具有巨大潛力。Kagome超導(dǎo)體中的狄拉克點(diǎn)和線性色散電子態(tài)使其在高速電子學(xué)領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。利用其獨(dú)特的電子特性，可以制備高速電子器件，如高速晶體管和邏輯電路等。二維材料的高載流子遷移率和可調(diào)控帶隙特性，使其成為構(gòu)建下一代高性能電子器件的理想材料。石墨烯的高載流子遷移率可用于制備高頻晶體管，提高電子器件的運(yùn)行速度。過(guò)渡金屬二硫化物（如MoS?）的可調(diào)控帶隙特性，可用于制備高性能的場(chǎng)效應(yīng)晶體管和邏輯電路，實(shí)現(xiàn)低功耗、高集成度的電子器件。將Kagome超導(dǎo)體和二維材料結(jié)合，有望開(kāi)發(fā)出具有獨(dú)特性能的電子器件。在Kagome超導(dǎo)體表面生長(zhǎng)二維材料，利用二者之間的電子相互作用，可能實(shí)現(xiàn)新型的電子器件功能，如具有特殊輸運(yùn)性質(zhì)的異質(zhì)結(jié)器件等。在傳感器領(lǐng)域，Kagome超導(dǎo)體和二維材料的交叉應(yīng)用為高靈敏度傳感器的開(kāi)發(fā)提供了新的途徑。Kagome超導(dǎo)體對(duì)某些氣體分子具有特殊的吸附和電子相互作用，可用于制備高靈敏度的氣體傳感器。當(dāng)氣體分子吸附在Kagome超導(dǎo)體表面時(shí)，會(huì)引起材料電子結(jié)構(gòu)的變化，從而導(dǎo)致其電學(xué)性能發(fā)生改變，通過(guò)檢測(cè)這種電學(xué)性能的變化可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體分子的高靈敏度檢測(cè)。二維材料由于其大的比表面積和獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)，對(duì)氣體分子具有很強(qiáng)的吸附能力和快速的電子響應(yīng)特性，在氣體傳感器領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。石墨烯對(duì)NO?、NH?等氣體分子具有較高的吸附能力，吸附后會(huì)導(dǎo)致石墨烯電學(xué)性能的顯著變化，可用于制備高靈敏度的氣體傳感器。將Kagome超導(dǎo)體和二維材料復(fù)合，可能進(jìn)一步提高傳感器的性能。將Kagome超導(dǎo)體與石墨