科研进展

《Nano Letters》刊登张晨栋课题组单原子层能谷调控的最新研究成果

来源:  发布时间:2022-08-23 09:02:27 点击次数:

822日,Nano Letters (《纳米快报》)在线发表了物理科学与技术学院张晨栋教授团队有关二维铁电/过渡金属二卤化物异质结(TMD)的最新研究成果。论文题为《Tuning of the valley structures in monolayer In2Se3/WSe2 heterostructures via ferroelectricity》。武汉大学为第一署名单位,物理学院2019级博士生霍达为论文第一作者,武汉大学张晨栋教授和中山大学俞弘毅教授为共同通讯作者。

二维铁电材料的出现使得非易失性铁电功能可被集成到范德华异质结中,为低维量子物态的非易失性电调制提供了可能,如热电、磁性和光电响应等。二维铁电半导体In2Se3/TMD组成的物态杂化体系, 由于易于制备、性能稳定等优点,已在技术应用上展现出优良的前景。但目前为止,实验上对近邻铁电极化引起的电子结构等基础物性调控的理解还比较缺失,基础的量子构效关联未能确定。特别的,外电场的斯塔克效应是调控TMD材料能谷结构的有效手段,但由于对称性保护等原因一直未能在单原子层中观察到。


张晨栋课题组通过分子束外延生长的方法,在双层石墨烯/碳化硅衬底上实现了单层极限下In2Se3/WSe2异质结的可控制备。同时,通过原位的低温扫描隧道显微镜测量,发现单层In2Se3具有两种不同的相,分别是具有面内反铁电性的b和面内铁电性的b*,并且确定了单层In2Se3/WSe2界面处为II型能带排列。进一步,发现了单层WSe2的能谷结构的显著调制,通过铁电和反铁电In2Se3相的原位相变证实了顶部In2Se3层中的铁电极化对调制起主导作用。这种现象可归因于平面外电场的一级和二级斯塔克位移(Stark shift)的结合。这是目前首次在单原子层材料中实现显著的斯塔克位移的实验工作,为调控能谷结构提供了一种新思路。

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委员会、中科院战略性先导科技专项的支持。

文章链接:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c02871


 

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