单一纯相1T'-WSe2单层的分子束外延生长

1T'结构相的单元胞层二维过渡金属硫化物家族MX2（M = Mo，W, X = S, Se, Te）是一种理想的二维拓扑绝缘体材料，具有本征的量子自旋霍尔效应。如果再进一步引入磁性、超导等性质，这类材料有可能在马约拉纳费米子研究、拓扑量子计算等领域有着重要的前景。然而，虽然1T'-WTe2和1T'-MoTe2是一种稳定相，但其二维体相并不具有明显的体能隙。而1T'-WSe2和1T'-MoSe2又不是一种稳定相，因此其单一纯相的制备存在着极大的挑战。

南京大学张翼课题组在利用分子束外延技术进行二维材料的高质量制备与物性调控方面有着深厚的积累：2019年，通过对石墨烯上生长的1T'-WSe2的相变过程进行研究，初步发现增强的接口作用能够提高1T’相的稳定性。受此启发，张翼课题组利用SrTiO3(100)作为衬底，通过增强的接口相互作用，成功生长出了稳定的单一纯相1T'-WSe2单层。

研究表明，SrTiO3衬底与外延薄膜接口间距的减小，接口的相互作用将明显变强，受此影响，其1T'相的形成相对于2H相而言变得更小，从而能够形成稳定的、单一结构相的1T'-WSe2薄膜。

同时，由于接口作用的增强导致其面内晶格受到明显的压缩，进而使其拓扑能隙变为负值，产生从拓扑绝缘体到拓扑半金属的相转变。

此外值得一提的是，如果能够施加面内的张应力，可以使得1T'-WSe2的拓扑能隙进一步增大，更有利于量子自旋霍尔效应的产生。

据悉，该项工作由多个团队合作完成。张翼课题组主要负责课题构思、材料外延生长、扫描隧道显微镜和角分辨光电子能谱表征；香港科技大学刘军伟课题组负责相关的理论计算工作；苏州纳米技术与纳米仿生研究所李坊森等人利用Nano-X真空互联装置对样品进行了多项表征工作；南京大学奚啸翔课题组对样品进行了拉曼表征。

该成果以“Epitaxial Growth of Single-Phase 1T'-WSe2 Monolayer with Assistance of Enhanced Interface Interaction”为题于2020年12月31日在线发表在Advanced Materials（DOI：10.1002/adma.202004930）上。

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