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像“折纸”一样操控双层二硫化钼电子态

  • 发布时间:2014-09-03 01:30:54  来源:科技日报  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  ■最新发现与创新

  科技日报讯 (记者王春)复旦大学物理系吴施伟、刘韡韬课题组与龚新高的计算组合作,通过“折纸”方式,研究与天然结构截然不同的二硫化钼双层材料,实现了对二硫化钼能带结构、能谷、自旋电子态等物理特性的操控。相关研究成果8月31日在线发表于《自然—纳米技术》。

  以二硫化钼为典型的过渡金属二硫属化物是近年来国际上最受关注的二维量子功能材料之一。二硫化钼具有与单原子厚度的“神奇材料”石墨烯类似的二维层状结构,是一种层状的晶体矿物。深入理解其内在机制,对能带结构、能谷等物理特性进行量子操控,对凝聚态物理学与未来新型的电子学、光电子学领域都有重要的价值。

  据吴施伟介绍,科研团队基于二维量子功能材料的“超薄”性,将单原子层材料像一张纸一样直接“折叠”,可发展出与天然结构截然不同的双层结构。他们发现,“折叠”的方式能改变材料的对称性,而对称性则导致物理属性的根本变化。取决于不同的折叠方向与折线位置,二硫化钼“折纸”拥有丰富多样的层间排列方式,继而导致不同的结构对称性与层间耦合。科研团队运用多种实验技术和计算手段,研究了各类二硫化钼“折纸”的空间与电子结构。

  研究结果表明,天然的二硫化钼双层具有中心对称的特性,因而仅有微弱的“能谷—自旋极化”这一新的电子态。而通过二硫化钼“折纸”途径,可直接打破材料的中心反演对称,控制原子间的层间耦合的增减变化,同时,犹如一道“开关”,控制新的电子态的产生和消失。这一成果为理解二维人工材料和制备未来新型量子器件提供了一种新思维。

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