近日，Science Aadvances在线发表了莱斯大学Shengxi Huang（黄声希）课题组联合麻省理工学院Mingda Li(李明达)课题组及一批研究者的研究论文，题目为「Thickness-dependent polaron crossover in tellurene」，论文的第一作者为Shengxi Huang课题组的博士毕业生Kunyan Zhang和Mingda Li课题组的Chuliang Fu。
极化子是电荷载流子与晶格振动（声子）耦合形成的准粒子。电荷载流子与声子之间的相互作用会诱导出一个跟随电荷载流子的极化云，这可能导致有效质量增加、迁移率降低以及类似跳跃的导电性，这与近自由电子的情况截然不同。由于其独特特性，极化子在电子输运、巨磁电阻、铁电性和热电性等各种物理性质中起着至关重要的作用。然而，在低维材料中，与声子极化和电子结构转变相关的极化子形成的研究工作，却很少。
在这篇文章中，作者报道了运用拉曼光谱、X射线吸收光谱（EXAFS）、第一性原理计算、自定义理论模型等，对手性碲链组成的碲烯（Tellurene）的极化子的研究。随着碲烯厚度变薄，A1声子的频率和线宽逐渐增加，当厚度低于10纳米时，频率和线宽会发生突变，场效应迁移率也会迅速下降。这些声子特征和输运特征以及声子极化和能带结构，表明从体碲中的大极化子过渡到少层碲烯中的小极化子。考虑小极化子区域声子重整化的有效场理论，半定量地再现了声子硬化和加宽效应。这种极化子过渡源于碲烯的准一维特性，其中链间距离的调制降低了介电屏蔽并促进了电子-声子耦合。
这项研究工作，从几个新角度认识低维材料中极化子的形成和性质，为调控低维材料中的极化子及其性质提供了新思路和方法，有助于设计新型高效电子器件和新型传感器以及碲烯在先进功能器件中的应用。
图4. 三种不同厚度的碲烯的X射线吸收光谱。（A）在Te K边，三种不同厚度的碲烯的归一化X射线近边精细结构光谱。X射线吸收光谱在y轴上移动以显示完整光谱。吸收边的能量偏移可忽略不计（<3 eV）。（B）EXAFS（空心点）及其在k2权重下拟合（实曲线），且已扣除背景。（C）EXAFS数据的傅里叶变换。（D）最近Te原子之间的链内距离d1 EXAFS、单链中第二近Te原子之间的距离d2 EXAFS以及相邻链之间的横向距离dY EXAFS，从EXAFS拟合中获得。
图5. 通过第一性原理计算得出的链内和链间距离。（A）单链中最近Te原子间的距离d1和次近Te原子间的距离d2的示意图。（B）水平链间距离dY和垂直链间距离dZ。（C至F）通过第一性原理计算得出不同层数的碲烯的链内距离（C）d1和（D）d2，以及链间距离（E）dY和（F）dZ。误差条表示一个晶胞内的标准差。
Sci. Adv. 11 , eads4763 (2025).
https://doi.org/10.1126/sciadv.ads4763
