二維過渡金屬硫屬化物的電場調控

    眾所周知，當物質尺度從三維的塊體變成二維、甚至單原子層的時候，它往往能表現出新穎的物理特性。據巨納旗下低維材料在線91cailiao.cn的技術工程師Ronnie介紹，二維半導體材料，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下不同的特征頗受科學家們的青睞，比如：隨著層數的減少，原本是間接帶隙半導體的二維過渡金屬硫化物就“搖身一變”成為直接帶隙半導體。具有蜂窩狀晶格結構并呈空間對稱性破缺的單層MoS2，使之成為能谷電子學（valleytronics）的熱點材料。這些優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控的最新進展，新加坡南洋理工大學劉政課題組就從光學性能、金屬-絕緣體相變和能谷性能調控三個方面對其進行了詳細的總結。

    從光學性能調控的角度出發，理論計算證明，外加特定的電場，雙層二硫化鉬能實現從直接帶隙半導體到間接帶隙半導體的轉變，使得其相應的發光和激子特性發生變化。單層二硫化鉬內部電子濃度受到電場的作用發生變化，可以使材料的發光光譜在電中性激子和帶電荷激子之間轉換，改變激子結合能。結合外加電場在非線性光學性能領域對二維材料倍頻的調控，二維過渡金屬硫化物在光電器件方面的應用已經呼之欲出。

    而在電學性能調控方面，通過提高二硫化鉬等二維過渡金屬硫化物的載流子濃度，可以實現其從半導體到金屬的轉變，人們甚至發現其在低溫時表現出了超導的特性。利用二維強關聯體系，利用電場調制二維超導材料轉變溫度也變成了可能。在TiSe2體系中，電場調控抑制了電荷密度波（CDW）態，同時使體系表現出超導態，這就為研究電場調控多體態提供了新的思路。

    最值得期待的則是二維過渡金屬硫化物在能谷性能調控方面的表現。雙層二硫化鉬能夠在外加電場的作用下，利用自身結構特點實現對稱性破缺并且進一步完成對能谷極化的調控。利用這一現象，材料能谷霍爾效應的電場調控同樣可以被實現，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，來產生并調節自旋或是能谷電流。在強電場的調制下，二維過渡金屬硫化物的能谷性能就可以用來產生電致圓偏光。這些特質使人們在能谷電子學這一新興研究領域向前邁了一大步。隨著對二維過渡金屬硫化物性能調控的深入研究，基于電場效應，結合并優化材料的光學、電學和能谷性能，相信新穎二維光電器件的設計和應用可指日而待，在廣袤的科技田野中開出一朵新鮮絢爛的花。