二維過渡金屬硫?qū)倩锏碾妶稣{(diào)控

    眾所周知，當(dāng)物質(zhì)尺度從三維的塊體變成二維、甚至單原子層的時候，它往往能表現(xiàn)出新穎的物理特性。據(jù)巨納旗下低維材料在線91cailiao.cn的技術(shù)工程師Ronnie介紹，二維半導(dǎo)體材料，尤其是二維過渡金屬硫化物，他們低維材料在線提供的二維過渡金屬硫化物就因具有許多與其在塊狀形態(tài)下不同的特征頗受科學(xué)家們的青睞，比如：隨著層數(shù)的減少，原本是間接帶隙半導(dǎo)體的二維過渡金屬硫化物就“搖身一變”成為直接帶隙半導(dǎo)體。具有蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)并呈空間對稱性破缺的單層MoS2，使之成為能谷電子學(xué)（valleytronics）的熱點材料。這些優(yōu)越的性能開啟了二維過渡金屬硫化物在光電子和電子器件研究方面的新篇章。基于對二維過渡金屬硫化物的電場調(diào)控的最新進(jìn)展，新加坡南洋理工大學(xué)劉政課題組就從光學(xué)性能、金屬-絕緣體相變和能谷性能調(diào)控三個方面對其進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)。

    從光學(xué)性能調(diào)控的角度出發(fā)，理論計算證明，外加特定的電場，雙層二硫化鉬能實現(xiàn)從直接帶隙半導(dǎo)體到間接帶隙半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變，使得其相應(yīng)的發(fā)光和激子特性發(fā)生變化。單層二硫化鉬內(nèi)部電子濃度受到電場的作用發(fā)生變化，可以使材料的發(fā)光光譜在電中性激子和帶電荷激子之間轉(zhuǎn)換，改變激子結(jié)合能。結(jié)合外加電場在非線性光學(xué)性能領(lǐng)域?qū)ΧS材料倍頻的調(diào)控，二維過渡金屬硫化物在光電器件方面的應(yīng)用已經(jīng)呼之欲出。

    而在電學(xué)性能調(diào)控方面，通過提高二硫化鉬等二維過渡金屬硫化物的載流子濃度，可以實現(xiàn)其從半導(dǎo)體到金屬的轉(zhuǎn)變，人們甚至發(fā)現(xiàn)其在低溫時表現(xiàn)出了超導(dǎo)的特性。利用二維強(qiáng)關(guān)聯(lián)體系，利用電場調(diào)制二維超導(dǎo)材料轉(zhuǎn)變溫度也變成了可能。在TiSe2體系中，電場調(diào)控抑制了電荷密度波（CDW）態(tài)，同時使體系表現(xiàn)出超導(dǎo)態(tài)，這就為研究電場調(diào)控多體態(tài)提供了新的思路。

    最值得期待的則是二維過渡金屬硫化物在能谷性能調(diào)控方面的表現(xiàn)。雙層二硫化鉬能夠在外加電場的作用下，利用自身結(jié)構(gòu)特點實現(xiàn)對稱性破缺并且進(jìn)一步完成對能谷極化的調(diào)控。利用這一現(xiàn)象，材料能谷霍爾效應(yīng)的電場調(diào)控同樣可以被實現(xiàn)，這就昭示著制備出能谷器件的可能。此外，在塊體WSe2表面，電場也可以引起對稱性破缺，來產(chǎn)生并調(diào)節(jié)自旋或是能谷電流。在強(qiáng)電場的調(diào)制下，二維過渡金屬硫化物的能谷性能就可以用來產(chǎn)生電致圓偏光。這些特質(zhì)使人們在能谷電子學(xué)這一新興研究領(lǐng)域向前邁了一大步。隨著對二維過渡金屬硫化物性能調(diào)控的深入研究，基于電場效應(yīng)，結(jié)合并優(yōu)化材料的光學(xué)、電學(xué)和能谷性能，相信新穎二維光電器件的設(shè)計和應(yīng)用可指日而待，在廣袤的科技田野中開出一朵新鮮絢爛的花。