宁波材料所在氮化钛单晶的强关联电子研究方面取得进展
由于具有高硬、难熔、耐磨、耐腐蚀、高导电性、良好半导体及生物兼容性等优异综合物理化学性质，以氮化钛（TiN）为代表的过渡金属氮化物在极端环境涂层、半导体芯片、生物医疗、纳米光子学、超导量子计算等领域的很多方面具有不可替代性。同时，过渡金属氮化物也展现出了许多新奇的量子现象，如超导-绝缘转变、超绝缘态以及超导赝能隙等。然而，与被广泛研究的过渡金属氧化物和过渡金属硫化物相比，由于缺乏高质量单晶材料，对过渡金属氮化物电子结构（如能带结构）的研究还相对缺乏，阻碍了对该类材料体系本征物理化学性质的理解。
针对此问题，中国科学院宁波材料技术与工程研究所原子尺度与微纳制造实验室量子功能材料团队和甬江实验室、中国科学院物理研究所、中国科技大学国家同步辐射实验室以及上海同步辐射光源的研究团队联合攻关，在前期的研究基础上，基于自主研制的原子级精度磁控溅射设备，实现了样品表面的原子级精度制备，克服了“非原位”样品难以测量电子能带结构的领域难题，最终实现了对氮化钛单晶薄膜电子结构及电子关联性质的高分辨测量（如图），从实验上指出超导TiN可能是一种强关联电子材料（库伦相互作用U ~ 6-8 eV）。该研究工作表明生长具有原子级精度表面的TiN单晶薄膜是可行的，并且该材料具有极其稳固（robust）的电子结构，这对下一步研发高性能超导量子芯片奠定了材料和物理基础。
前期研究成果
Phys. Rev. Mater. 5, 075201 (2021);
ACS Photonics 8, 847 (2021);
ACS Appl. Mater. Interfaces 13, 60182 (2021);
Nano Letters 23, 3879 (2023)
图1 TiN单晶薄膜的晶体和电子结构
相关成果
Nano Letters
Momentum-Resolved Electronic Structures and Strong Electronic Correlations in Graphene-like Nitride Superconductors
DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c01704
作者信息
第一作者
毕佳畅 宁波材料所博士后
林宇 宁波材料所课题研究生
通讯作者
曹彦伟 宁波材料所研究员
肖绍铸 甬江实验室副研究员
其他合作作者
陈国新 宁波材料所高级工程师
张如意 宁波材料所副研究员
姚雄 宁波材料所项目研究员
张庆华 物理研究所副研究员
刘站峰 中国科技大学国家同步辐射实验室博士
孙喆 中国科技大学国家同步辐射实验室教授
张子蕴 上海同步辐射光源博士研究生
孙元鹤 上海同步辐射光源助理研究员
刘海岗 上海同步辐射光源副研究员
黄耀波 上海同步辐射光源研究员
项目支持
国家基金委、中国科学院、科技部、浙江省和宁波市基金项目
（来源：宁波材料所）
