【原】发现二维材料的电荷排列现象与新结构“高阶嵌套向量”有关

摘  要：研究小组利用分子束外延法和原子置换（局部规整反应）法的独特组合，制备了只有3个原子厚度的原子层二硫化钒（VS2）薄膜，发现了VS2原子层是一维电荷排列，并提出了通过与以往不同的“高阶嵌套向量”生成电荷排列。

关键词：二维材料、电荷排列、二硫化钒、高阶嵌套向量、电荷密度波

要点

• 利用分子束外延（molecular beam epitaxy；MBE）法和原子置换（局部规整反应）法的独特组合，制备了只有3个原子厚度的原子层二硫化钒（VS₂）薄膜。

• 发现了VS₂原子层是一维电荷排列。

• 提出了通过与以往不同的“高阶嵌套向量”生成电荷排列。

• 有望促进二维材料中尚存在众多谜团的的电荷密度波（charge-density wave；CDW）机制的阐明，以及采用原子层材料的开关纳米装置的开发。

众所周知，以石墨烯和过渡金属二硫属化物为代表的低维层状物质在低温下会发生被称为“电荷密度波(CDW)”的电荷排列现象，那么电荷排列的机制是什么呢？人们对于很多物质还不太清楚。

日本东北大学研究生院理学研究科的川上龙平研究生、菅原克明副教授和材料科学高等研究所(WPI-AIMR)的佐藤宇史教授等组成的与WPI-AIMR的冈博文助教、研究生院理学研究科的福村知昭教授等开展合作，

研究小组利用分子束外延(MBE)法和原子置换法制备二硫化钒（VS₂）二维薄片（原子层薄膜），并使用微观角分辨光电子能谱 (Angle-resolved Photoemission Spectroscopy；ARPES)和扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscopy；STM)对其电子结构进行了调查。

结果表明，原子层VS₂由于产生特殊的CDW而成为绝缘体。此外，研究人员还查明了CDW的形成与长度为以往2倍的“高阶嵌套向量”有关。

此次的成果有助于解开二维材料中尚存在众多谜团的CDW机制。

图 （a) 一维金属原子的示意图（上图）和电荷密度波（CDW）状态的示意图（下图）。CDW状态下，电子密度和原子排列变化为具有空间长周期的结构。

(b) 原子层VS2的晶体结构。

(c) 利用原子置换法制备原子层VS₂的步骤示意图：通过MBE法制备原子层VTe₂后，在蒸镀S原子的同时加热原子层VTe₂, Te原子被S原子置换，从而得到原子层VS₂。