二硫化钼层间耦合及二维材料的未来

层间耦合为观察新的物理现象提供了机会，也为调制二维（2D）范德瓦尔斯（vdW）材料的电子和光电特性提供了新的策略，以满足实际设备的应用。这为二硫化钼（MoS₂）结构层间耦合及二维材料的未来奠定了良好的基础。

（图片来源：Macro photo/Shutterstock.com）

将两个可比较的半导体单层以扭曲的角度堆叠，会诱发新的物理现象，包括莫尔雷激子（moiré excitons）和相关的电子相，这是由于层间周期性耦合的调制而形成的莫尔雷超晶格（moiré superlattice）。因此，有必要探索原子层之间的基本耦合机制来理解这些新的现象。

发表在《物理评论X》上的一项研究提出了两个不同层的价带和导带之间的层间耦合。它的基本机制是根据与层有关的贝里相绕确定的。在一个双门设备中通过光学光谱研究3个斜方体（R）-二硫化钼（MoS₂）双层，发现了K点处的II型带排列。

此外，3R- MoS₂中的自发极化和潜在的不对称层间耦合通过揭示它们对带状偏移的贡献而被定量地确定。这项研究揭示了过渡金属二氯化物（TMD）同质结构的堆积诱导铁电性的物理基础，它在二维半导体摩尔物理学中起着关键作用。

TMD是二维半导体材料，具有独特的电气、机械和光学特性。二维材料单层的混合和匹配为探索基于vdW材料系统中新的量子现象提供了一个富有成效的平台。当二维材料单独堆叠时，层与层之间可能发生晶格失配或扭曲角。无论它们的出现（自然的或设计的），都会出现摩尔纹超晶格，这是原子晶格结构中的一种干涉图案。

（图片来源：Macro photo/Shutterstock.com）

层间耦合普遍存在于vdW材料中，为调节二维材料的电子带结构提供了灵活性。调整人工二维组件的层方向可以在摩尔超晶格中带来周期性调整的层间耦合，导致出现与单层对应物不同的奇异现象。

在TMD二维半导体中，摩尔纹电位淬灭了电子的动能，并将其定位在摩尔纹超晶格的能量局部最小值，产生了一个模拟各种相关物理学和创建量子发射器阵列的新平台。

单层MoS2晶体的状态密度较低，这可能会限制其实际应用。二硫化钼双层晶体在逻辑设备和传感器中的应用特别有吸引力，因为它们具有高的状态密度、载流子迁移率和室温下的稳定性。

参考文献：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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