近日，中國科學技術大學教授王兵研究組在鉍（Bi）超薄膜表面能谷和自旋電子態研究中取得新進展，研究成果于3月11日發表在Nature Communications上，研究小組的博士生杜宏健和副教授孫霞為論文共同第一作者。

　　具有蜂巢狀六方晶格的二維材料，在動量空間中其導帶和價帶邊附近的能帶通常存在簡并的極值，即能谷態（valleys）。Bi(111)表面結構是類蜂巢狀六方晶格，因而其表面電子態具有渦旋狀自旋態的多能谷的能帶結構。該研究團隊利用低溫(4.2K)強磁場(11T)掃描隧道顯微鏡（STM），獲得不同磁場下Bi(111)超薄薄膜表面的朗道量子化微分電導譜，并利用類比于傳統磁振蕩實驗的分析方法，精確地測量了量子化朗道能級，辨析出源于表面電子型和空穴型能谷電子態。同時，還觀察到對應于能帶結構中一組具有很大g因子（~33）的范霍夫奇點表面態由于在強磁場中出現分裂，從而可以獲得自旋極化的能谷電子態。該項工作表明，Bi(111)超薄膜的這些性質使其有可能應用于構造自旋和能谷電子學器件。

　　該研究工作得到了國家自然科學基金、中國科學院、科技部和教育部的資助。