低維材料的新奇物性專題編者按

縱觀歷史,人類對材料的認知不斷推動著社會的進步和發展,這方面在過去一個多世紀對材料電學性質的研究上體現得尤為顯著.我們可以將材料粗略地分為金屬、半導體、絕緣體,也可以分為超導、非超導、磁性、非磁性等.不難發現,所有這些性質都源于同一種微觀粒子:電子.隨著研究的深入,科學家們開始期待在一種材料中能實現以上多種甚至所有可能的電子態.最近,以二維體系為代表的低維體系研究向我們展示了實現這一愿景的可能性.在低維體系中,維度的降低導致體系對載流子濃度、介電環境、壓強、應力、電場、磁場等非常敏感.因此,我們可以在一個極其寬廣的多參數空間對其結構和物性進行精細調控,進而實現一系列新奇量子物態.例如在魔角雙層石墨烯中就可實現金屬/關聯絕緣態,非超導/超導,非磁性/磁性,甚至量子反?；魻栃榷喾N新奇物態.一方面,基于低維體系的這些研究極大地推進了人們對凝聚態物理中各種新奇量子物態、相變以及準粒子關聯等問題的深入理解;另一方面,低維體系高度可調的特點也為其在未來的應用提供更廣闊的空間.值得一提的是,低維材料的一個顯著優勢是其新奇物態都直接暴露在材料表面,這為直接觀測這些量子物態提供了一個前所未有的機會.最近,科學家們利用掃描隧道顯微鏡成功地實現了對石墨烯中的量子霍爾鐵磁態、雙層石墨烯疇界的谷極化導電通道、拓撲絕緣體中的拓撲邊界態的直接觀測.相關研究可以更好地幫助我們深入理解這些新奇量子物態并澄清其微觀物理機制.

低維材料體系涵蓋了超導、拓撲、磁學、鐵電等幾乎所有凝聚態物理中重要的研究課題,對其新奇物性的深入理解和精準調控可以為后期電子器件的構筑打下堅實的基礎.在過去幾十年里,大量的科研工作者們在該領域持續深耕,不斷發現豐富有趣的物理現象,并深入理解其物理機制,發展多種手段實現了對這些新奇量子物態的調控.尤其是在近十年間,這一領域的發展以及取得的成果格外令人矚目,國內很多優秀科研團隊極大地推進了低維材料的物性研究,做出了突出的成績.我們相信,這些成果不但在基礎研究上具有重要的學術價值,也為未來技術發展和進步打下了堅實的基礎.正因為如此,為了讓讀者了解低維材料新奇物性的最新研究成果,本專題特別邀請了部分在低維物性領域活躍的專家學者,從低維材料的制備、結構/能帶表征與調控、光學特性、量子受限效應、電荷密度波、磁性、超導、關聯電子態等諸方面,以不同的視角介紹本領域的背景、最新進展并展望相關領域未來的發展方向,希望對感興趣的讀者及相關領域的工作人員提供一定的參考及借鑒.