最近，何林教授和孙庆丰教授的团队在单层石墨烯单原子缺陷周围施加局域旋转非对称性的势场，深入研究了轨道角动量对相位奇点的影响。他们的实验观察到旋转非对称性的势场改变了原子缺陷周围的波前结构，使其由原来的两条波前错位变为单条。通过详细的理论分析和数值模拟，研究团队指出是由于不同轨道角动量受限态之间的耦合以及赝自旋的旋转作用共同引起的相位变化导致了这一反常现象（详见图1和图2）。这一研究不仅揭示了二维无质量狄拉克费米子的轨道角动量对相位奇点的重要影响，也推动了对凝聚态物理低维系统中的相位奇点和波前错位的深入理解。轨道间角动量散射引起的相位奇点的概念有潜力在纳米设备、电子光学装置、和新型显微技术中发挥作用。
相关成果近日以“Visualizing a single wavefront dislocation induced by orbital angular momentum in graphene”为题刊发在国际著名期刊《Nature Communications》上 [3]。北京师范大学的刘亦文博士（目前为以色列魏茨曼科学研究所博士后）、北京大学的博士生庄钰晨、以及北京师范大学的博士后任雅宁共同担任第一作者。北京大学的孙庆丰教授和北京师范大学的何林教授为本文通讯作者。参与本工作的还包括何林教授课题组的研究生闫超、周啸峰和杨芊。
这项工作得到了国家自然科学基金委、科技部国家重点研究计划、中科院先导专项、以及北京师范大学经费支持。
[1]Y. Zhang, Y. Su, and L. He*, “Local Berry phase signatures of bilayer graphene in intervalley quantum interference”. Phys. Rev. Lett. 125, 116804 (2020).
[2]Y. Zhang*, Y. Su, and L. He*, “Quantum interferences of pseudospin-mediated atomic-scale vortices in monolayer graphene”. Nano Lett. 21, 6526 (2021).
[3]Y.-W. Liu, Y. Zhuang, Y.-N. Ren, C. Yan, X.-F. Zhou, Q. Yang, Q.-F. Sun*, L. He*, “Visualizing a single wavefront dislocation induced by orbital angular momentum in graphene”. Nature Commun. 15, 3546 (2024).
