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近日，中国科学院苏州纳米技(ji)术与纳米仿生(sheng)研究(jiu)所研究(jiu)员李坊森(sen)联(lian)合(he)陕(shan)西师(shi)范大(da)学教授潘(pan)明虎、美国犹他大(da)学教授刘锋，利(li)用真空互联(lian)的二维有机框架薄(bo)膜生(sheng)长(zhang)和原位角(jiao)分辨光电子能谱(pu)、扫(sao)描隧道显微镜以及原位Raman光谱等(deng)分析表征(zheng)技术，首(shou)次直接观测到二维有机分子氢键框架的非平(ping)庸拓(tuo)扑平(ping)带，开(kai)启了实验研究(jiu)二维拓(tuo)扑量子(zi)物态的序幕(mu)。相关研究(jiu)成果以Growth of Mesoscale Ordered Two-Dimensional Hydrogen-Bond Organic Framework with the Observation of Flat Band为题，被(bei)遴选为编辑推荐文章，发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。
量子(zi)信息(xi)科(ke)学已成为当今的焦(jiao)点，有(you)(you)望迎(ying)来第二次量子(zi)革命。以(yi)分子(zi)自(zi)旋、拓扑等为突破(po)口的有(you)(you)机量子(zi)领(ling)域呼声越来越高，研究人员期(qi)待利用(yong)有机分(fen)子种类丰富和(he)配(pei)位作用(yong)多样的(de)(de)优势，拓展有机材料(liao)在量子器件中的(de)(de)应用(yong)。然而(er)，相(xiang)比于(yu)无机(ji)(ji)材(cai)料体系，有(you)机(ji)(ji)材(cai)料的拓扑量子物态研究处于(yu)初期(qi)阶(jie)段。尤其是二维有(you)机(ji)(ji)拓扑薄膜，实验(yan)研究落后于(yu)理论预言(yan)。自2013年，理论上已预言(yan)多种(zhong)二(er)维(wei)有(you)(you)机框架(jia)结(jie)构具有(you)(you)拓扑物态，利用分(fen)子框架(jia)的(de)结(jie)构对称性和分(fen)子轨道(dao)结(jie)构对称性（如Kagome或CT结构）使电(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)布洛(luo)赫波函数相(xiang)位相(xiang)消干涉，形成拓扑平带(dai)。拓扑平带(dai)中电(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)动能受到抑制，电(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)-电(dian)子(zi)间库仑相互作用(yong)占主导，有(you)可(ke)能存在强关联(lian)效应。
不同于高度局域(yu)的(de)深能(neng)级以及魔角石墨烯的(de)平(ping)带(dai)(dai)(dai)，拓扑平(ping)带(dai)(dai)(dai)体系是一种无能(neng)带(dai)(dai)(dai)色(se)散的(de)强相(xiang)互作用量子系统，源于电子布洛赫波函数的(de)相(xiang)消干涉（相(xiang)位抵(di)消）。平(ping)带(dai)(dai)(dai)中近乎完全(quan)抑制的(de)电子动能(neng)可放大电子-电(dian)子相(xiang)互作用(yong)，或导(dao)致一些多体量子效(xiao)应(ying)如(ru)超(chao)导(dao)、分数(shu)霍尔效应、Wigner晶(jing)格、铁磁、激(ji)子(zi)绝(jue)缘态(tai)等(deng)。理论预(yu)言一(yi)些二维有机薄(bo)膜(mo)体(ti)系存在拓(tuo)扑(pu)平带，而在这之前尚无人(ren)工合(he)成的(de)二维有机材料能够直接观(guan)察拓(tuo)扑(pu)平带。
科研团队在纳米真空互联实验站(zhan)（Nano-X）选用1,3,5-三（4-羟基苯基）苯【1, 3, 5- tris (4-hydroxyphenyl) benzene，简写THPB】分子，在Au(111)衬底表面(mian)(mian)制备出大面(mian)(mian)积有序的二维(wei)氢键(jian)有机框架（HOF）自组装(zhuang)单层结构。利用真空互联的角分辨(bian)光电子能(neng)谱仪直(zhi)接观察到整个布里渊(yuan)区上(shang)的电子拓扑平带信息，如(ru)图所示(shi)。理论计算(suan)发现，拓扑平带是来自THPB“隐(yin)藏”的呼吸(xi)式电子笼目晶(jing)格（breathing-Kagome）。
研究工作(zuo)得到国家自然科学(xue)(xue)基(ji)金、苏州市科学(xue)(xue)技术局和中科院(yuan)青年创新促进会等(deng)的支(zhi)持。
（a）Au(111)表面THPB分子形成二维氢键框架结构(gou)；（b）ARPES能带结构(gou)显示(shi)拓扑(pu)平带的(de)存(cun)在；（c）原位STS成像，显示不同的(de)电子跳跃强度tc和tH；（d）“呼(hu)吸”式(shi)Kagome结构；（e）理论计算的(de)拓扑能带(dai)结(jie)构，与实验结(jie)果(guo)相符。