二硫化钨的原子结构

二硫化钨（WS₂）原子结构包括由一个过渡金属层（W原子）夹在两个S原子层之间形成的叠层三层，每个S原子层都有一个六角形的晶格。在三层堆叠中，W原子和S原子通过强离子-共价键结合在一起。这三层形成的被弱的范德瓦尔斯相互作用固定在一起，这允许WS₂层的机械剥离。在体相中，多态性是TMD的独特特征。

莱纳斯-鲍（Linus Pauling）于1923年首次确定了过渡金属二氯化物（TMDs），自1960年以来，已经发现了60多种TMDs。2004年从石墨中分离出稳定的石墨烯，这为TMDs的超薄薄膜的应用开辟了新的道路。有44种TMD化合物可以形成稳定的二维（2D）结构，它们的组成是MX₂，其中M是过渡金属，X是S、Se或Te。这些化合物表现出金属、半导体、超导体和绝缘体的物理特性。在这些TMD中，WS₂具有独特的带状形态，这源于其与半导体有关的特性，如宽带光谱响应特性、超快漂白恢复和出色的可饱和光吸收。

二硫化钨的原子取决于过渡金属中d轨道的填充情况。WS₂有三种可能的堆积，即1T、2H和3R。1T是由四边形对称性和八面体配位形成的。过渡金属的d轨道分为两个能级：dxy, yz, zx和dx2-y2,z2。2H是由六角形紧密堆积和三角棱柱的配位形成的，3R是菱形对称结构。在2H和3R相中，过渡金属的d轨道被分为三个能级：dz2、dx2-y2、xy和dxy、yz。对于单层WS₂薄膜，2H是最稳定和最常见。除了比较常见的1T、2H和3R堆叠外，WS₂还有1T′形态，由于它具有优良的拓扑绝缘特性，也引起了广泛的关注。

为了改变二硫化钨的原子结构，经常使用锂离子插层法和非插层相变法。锂离子插层是一个可逆的过程。当加入过量电荷时，2H相变变得不稳定，并变为1T相；然而，当锂离子从WS₂中移除时，过量电荷被移除。随后，处于1T相的WS₂会恢复到最稳定的2H相。

无插层相变方法包括通过红外激光和电子束照射进行刺激。这些反应是不可逆的。这些反应产生不可逆的黄铜空位，这是从2H到1T转变的驱动力。然而，这种方法是破坏性的，不能逆转从2H到1T的相变。这些相变可以将WS₂的特性改变为半导体和金属之间的特性。

文章来源：Ding J, Feng A, Li X等， 二硫化钨的性能、制备和应用 - 综述 [J]. 应用物理学, 2021, 54(17): 173002.

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