二硫化鉬層間耦合及二維材料的未來

層間耦合為觀察新的物理現象提供了機會，也為調製二維（2D）範德瓦爾斯（vdW）材料的電子和光電特性提供了新的策略，以滿足實際設備的應用。這為二硫化鉬（MoS₂）結構層間耦合及二維材料的未來奠定了良好的基礎。

將兩個可比較的半導體單層以扭曲的角度堆疊，會誘發新的物理現象，包括莫爾雷激子（moiré excitons）和相關的電子相，這是由於層間週期性耦合的調製而形成的莫爾雷超晶格（moiré superlattice）。因此，有必要探索原子層之間的基本耦合機制來理解這些新的現象。

（圖片來源：Macro photo/Shutterstock.com）

發表在《物理評論X》上的一項研究提出了兩個不同層的價帶和導帶之間的層間耦合。它的基本機制是根據與層有關的貝裡相繞確定的。在一個雙門設備中通過光學光譜研究3個斜方體（R）-二硫化鉬（MoS₂）雙層，發現了K點處的II型帶排列。

此外，3R- MoS₂中的自發極化和潛在的不對稱層間耦合通過揭示它們對帶狀偏移的貢獻而被定量地確定。這項研究揭示了過渡金屬二氯化物（TMD）同質結構的堆積誘導鐵電性的物理基礎，它在二維半導體摩爾物理學中起著關鍵作用。

TMD是二維半導體材料，具有獨特的電氣、機械和光學特性。二維材料單層的混合和匹配為探索基於vdW材料系統中新的量子現象提供了一個富有成效的平臺。當二維材料單獨堆疊時，層與層之間可能發生晶格失配或扭曲角。無論它們的出現（自然的或設計的），都會出現摩爾紋超晶格，這是原子晶格結構中的一種干涉圖案。

層間耦合普遍存在於vdW材料中，為調節二維材料的電子帶結構提供了靈活性。調整人工二維元件的層方向可以在摩爾超晶格中帶來週期性調整的層間耦合，導致出現與單層對應物不同的奇異現象。

在TMD二維半導體中，摩爾紋電位淬滅了電子的動能，並將其定位在摩爾紋超晶格的能量局部最小值，產生了一個模擬各種相關物理學和創建量子發射器陣列的新平臺。

單層MoS2晶體的狀態密度較低，這可能會限制其實際應用。二硫化鉬雙層晶體在邏輯裝置和感測器中的應用特別有吸引力，因為它們具有高的狀態密度、載流子遷移率和室溫下的穩定性。

參考文獻：Liang, J., Yang, D., Wu, J., Dadap, J. I., Watanabe, K., Taniguchi, T., Ye, Z. (2022). Optically Probing the Asymmetric Interlayer Coupling in Rhombohedral-Stacked MoS2 Bilayer. Physical Review X. https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.12.041005

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