寧波材料所在氮化鈦單晶的強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子研究方面取得進(jìn)展
由于具有高硬、難熔、耐磨、耐腐蝕、高導(dǎo)電性、良好半導(dǎo)體及生物兼容性等優(yōu)異綜合物理化學(xué)性質(zhì)，以氮化鈦（TiN）為代表的過(guò)渡金屬氮化物在極端環(huán)境涂層、半導(dǎo)體芯片、生物醫(yī)療、納米光子學(xué)、超導(dǎo)量子計(jì)算等領(lǐng)域的很多方面具有不可替代性。同時(shí)，過(guò)渡金屬氮化物也展現(xiàn)出了許多新奇的量子現(xiàn)象，如超導(dǎo)-絕緣轉(zhuǎn)變、超絕緣態(tài)以及超導(dǎo)贗能隙等。然而，與被廣泛研究的過(guò)渡金屬氧化物和過(guò)渡金屬硫化物相比，由于缺乏高質(zhì)量單晶材料，對(duì)過(guò)渡金屬氮化物電子結(jié)構(gòu)（如能帶結(jié)構(gòu)）的研究還相對(duì)缺乏，阻礙了對(duì)該類(lèi)材料體系本征物理化學(xué)性質(zhì)的理解。
針對(duì)此問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所原子尺度與微納制造實(shí)驗(yàn)室量子功能材料團(tuán)隊(duì)和甬江實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院物理研究所、中國(guó)科技大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室以及上海同步輻射光源的研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)，在前期的研究基礎(chǔ)上（ Phys. Rev. Mater. 5, 075201 (2021); ACS Photonics 8, 847 (2021); ACS Appl. Mater. Interfaces 13, 60182 (2021); Nano Letters 23, 3879 (2023) ），基于自主研制的原子級(jí)精度磁控濺射設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了樣品表面的原子級(jí)精度制備，克服了“非原位”樣品難以測(cè)量電子能帶結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域難題，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)氮化鈦單晶薄膜電子結(jié)構(gòu)及電子關(guān)聯(lián)性質(zhì)的高分辨測(cè)量（如圖），從實(shí)驗(yàn)上指出超導(dǎo)TiN可能是一種強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子材料（庫(kù)倫相互作用U ~ 6-8 eV）。該研究工作表明生長(zhǎng)具有原子級(jí)精度表面的TiN單晶薄膜是可行的，并且該材料具有極其穩(wěn)固（robust）的電子結(jié)構(gòu)，這對(duì)下一步研發(fā)高性能超導(dǎo)量子芯片奠定了材料和物理基礎(chǔ)。
相關(guān)成果以“Momentum-Resolved Electronic Structures and Strong Electronic Correlations in Graphene-like Nitride Superconductors”為題發(fā)表在Nano Letters期刊上（原文鏈接https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01704）。寧波材料所博士后畢佳暢、課題研究生林宇為該論文的共同第一作者，寧波材料所曹彥偉研究員和甬江實(shí)驗(yàn)室肖紹鑄副研究員為該論文的共同通訊作者。主要合作者還有寧波材料所陳國(guó)新高級(jí)工程師、張如意副研究員、姚雄項(xiàng)目研究員，物理研究所張慶華副研究員，中國(guó)科技大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室劉站峰博士、孫喆教授，上海同步輻射光源張子蘊(yùn)博士研究生、孫元鶴助理研究員、劉海崗副研究員、黃耀波研究員。
該工作得到了國(guó)家基金委、中國(guó)科學(xué)院、科技部、浙江省和寧波市基金項(xiàng)目的資助。
TiN單晶薄膜的晶體和電子結(jié)構(gòu)
（原子尺度與微納制造實(shí)驗(yàn)室?? 畢佳暢）