近日，依托先進光場顯示芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室、學校光量子與納機電集成交叉科學中心，北京理工大學物理學院/前沿交叉研究院武旭教授課題組與我校集成電路學院、武漢大學物理與技術(shù)學院、中國科學院物理研究所開展合作，在二維材料Janus結(jié)構(gòu)調(diào)控和電荷密度波態(tài)對稱性破缺機理研究方面取得重要進展。相關(guān)研究成果以“Unusual charge density wave introduced by the Janus structure in monolayer vanadium dichalcogenides”為題發(fā)表在國際知名期刊《Science Advances》上，論文第一作者為北京理工大學畢業(yè)博士生許自強、邵巖教授、在讀博士生黃純和武漢大學在讀博士生朱超。通訊作者為北京理工大學武旭教授、喬婧思教授、王業(yè)亮教授和武漢大學張晨棟教授。
 

　　研究課題組成功發(fā)展出原子層級Se化工藝，以此為基礎實現(xiàn)了單層Janus結(jié)構(gòu)VTeSe材料的可控制備。進一步，借助掃描隧道顯微鏡技術(shù)，對材料的電荷密度波(CDW)現(xiàn)象進行原子級成像，觀測到具有獨特對稱性的“√13×√13”超周期，該結(jié)構(gòu)具有顯著的三重旋轉(zhuǎn)對稱性破缺。通過理論計算與實驗結(jié)合，團隊揭示了這種CDW態(tài)與材料內(nèi)部自旋排列緊密相關(guān)，而不是單一的傳統(tǒng)電子-聲子耦合作用機理。該成果不僅為二維過渡金屬硫族化合物(TMD)的原子級結(jié)構(gòu)調(diào)控提供了新的制備工藝技術(shù)，也對對稱性調(diào)控與量子態(tài)設計提供了全新思路，推動二維材料的物態(tài)調(diào)控和相關(guān)的基礎以及應用科學研究。
 

圖1 單層Janus VTeSe的制備流程示意圖和原子級結(jié)構(gòu)表征結(jié)果。
 

　　圖2 二維VTe2和具有Janus結(jié)構(gòu)VTeSe兩種材料電荷密度波結(jié)構(gòu)的原子級成像對照。

 

圖3 二維Janus VTeSe中CDW態(tài)的電子態(tài)實空間成像分析結(jié)果。
 

　　圖4 單層Janus VTeSe的電荷密度波與自旋序之間的關(guān)聯(lián)以及對應的DFT理論計算