通过界面相互作用稳定电荷密度波相位

2021-12-29 21:28:00项蝶谦导读NUS研究人员已经证明，通过H相二硫化钽(TaS2)双层中的界面电荷密度波(CDW)相可以通过与六方氮化硼(h-BN)衬底的界面相互作用在室温下稳定。量子力

NUS研究人员已经证明，相互H相二硫化钽(TaS2)双层中的作用电荷密度波(CDW)相可以通过与六方氮化硼(h-BN)衬底的界面相互作用在室温下稳定。

量子力学告诉我们，稳定位所有粒子的电荷行为都像波。对于质量非常小的密度粒子(例如电子)，粒子的波相波动特性尤其明显。在某些低维材料中，通过电子在晶格中形成相干的界面周期波，导致原子晶格中出现波状畸变，相互称为CDW相。作用CDW相可以表现出新颖的稳定位现象，并且具有与通常相不同的电荷电导率，这有可能导致器件应用的密度新进展。但是，CDW相通常存在于非​​常低的温度下。增加CDW相变温度的努力(称为TCDW)集中在界面应变和电荷掺杂剂的影响上。然而，这种修饰对TCDW的影响并不显着，因为通过这种修饰CDW相稳定的程度本质上受到限制。

在这项工作中，来自国立大学化学系的Loh Kian Ping教授的小组观察到，当在h-BN衬底上外延生长时，H相TaS2双层在室温下会存在CDW相。TaS2本体中相同的CDW相(没有h-BN底物)仅在更低的温度(低于77 K)下存在。使用量子力学计算，国大物理系的Quek Su Ying教授小组发现， TCDW主要是由TaS2和h-BN底物之间的界面相互作用引起的，而在较小程度上是由界面应变引起的。

扫描透射电子显微镜和拉曼测量提供了TaS2在h-BN衬底上外延生长时室温3×3 CDW相的证据。TaS2与h-BN形成莫尔超晶格。在CDW结构中，硫(S)原子的晶格排列不再彼此等距，而是可以分为两组。一组中的S原子彼此排列得更远(+)，而另一组中的S原子彼此排列得更近(-)。

在该超级电池中对18种不同堆叠结构进行的密度泛函理论计算表明，钽(Ta)和S原子的排列方式始终使(+)基团位于下面的氮(N)原子上，而(- )基团位于下面的硼(B)原子上。从以下事实可以理解该观察结果：S原子在TaS2中带有轻微的负电荷。它们被h-BN中带负电的N原子排斥，并被带正电的B原子吸引。因此，h-BN衬底中潜在的B和N原子诱导的摩尔纹静电调制有利于双层(或单层)TaS2中的CDW原子结构。。实验观察证实了这种稳定CDW相的新机制，即在h-BN衬底上随机取向的TaS2不具有室温CDW相。

Quek教授说：“在文献中，二维材料异质结构中的莫尔相互作用产生了许多有趣的现象。这项工作表明，此类现象的全部范围尚未完全发现。我们可以使用这些界面莫尔相互作用来设计二维材料系统的量子相，这种控制程度就是使原子薄材料如此迷人的原因。”