正刊“宠儿”！MoS2，再发Science！！
学术
2024-10-14 08:18
广东
双层二维（2D）材料，如二硫化钼（MoS2），因其优异的电子特性和潜在应用而成为了研究热点。近年来，随着扭转范德瓦尔斯（vdW）双层及相关多层同质或异质结构的研究进展，科学家们发现通过扭转角度调控可以显著改变这些材料的电子特性。这种扭转可以导致增强的量子耦合效应和形成长波长的莫尔图案，这为材料的应用提供了新的可能性。
然而，在双层二维材料中，随着扭转角度的变化，层间晶格结构会经历显著的转变，这在较大扭转角度下导致了不一致的晶格结构并可能引发电子相互作用的复杂性。这些结构变化带来了相互作用的非平凡性，特别是在拓扑极性纹理的观察和操控方面，成为了一个主要的挑战。有鉴于此，香港城市大学Thuc Hue Ly教授，香港理工大学赵炯教授，杨明助理教授合作在Science期刊上发表了题为“Polar and quasicrystal vortex observed in twisted-bilayer molybdenum disulfide”的最新论文。科学家们通过四维扫描透射电子显微镜（4D-STEM）和第一性原理计算，研究了扭曲双层MoS2中的局部拓扑极性电场及其与扭转角度的关系。研究结果显示，在扭曲的双层MoS2中，拓扑涡旋场呈现平面取向，并且在广泛的扭转角度范围内展现出极性图案的可调性。这一发现不仅揭示了扭转双层材料中电场的新特性，还为深入理解和调控这些材料的电子特性提供了新的视角和方法。这些研究成果为未来的器件应用开辟了新的途径。去年8月，芝加哥大学Jiwoong Park等人报告了基于晶圆级二硫化钼(MoS2)单层的三原子厚波导（ δ波导），可以在毫米级距离上引导可见光和近红外光，且损耗低且耦合高效。紧接着，今年6月份，电子科技大学刘富才、复旦李文武及宁波材料所钟志诚等人报道了一种基于双层3R-MoS2滑动铁电性的抗疲劳铁电体系，引起了不小的关注！此外，今年1月份，宾夕法尼亚州立大学Darsith Jayachandran、Rahul Pendurthi和Saptarshi Das等人展示了基于大面积生长的MoS2和WSe2的多功能2D FET的单片3D集成。1. 实验首次使用四维扫描透射电子显微镜（4D-STEM）和第一性原理计算，观察到了扭曲双层二硫化钼（MoS2）中的局部拓扑极性电场，揭示了其与扭转角度的关系。2. 研究表明，在小扭转角（θt < 3°）下，双层MoS2维持一致性，而在较大角度（θt > 8°）下，电子晶格进入不一致区域，导致近似的莫尔超晶胞。不同的扭转角度引起了非平凡的层间耦合和拓扑极性纹理的演变。3. 实验结果显示，扭曲双层MoS2中的拓扑涡旋场呈现平面取向，与常规的“滑动铁电性”不同。研究发现，这些拓扑极性图案在广泛的扭转角度范围内具有可调性，能够通过皮米级的层间位移进行操控。图1. 扭曲双层MoS2中极性场的4D-STEM结果。图3. 30°扭曲双层准晶MoS2的基本单元和电荷密度分布。图4. 在30°扭曲双层准晶MoS2中对Stampfli单元的原位透射电子显微镜操控。本研究通过四维扫描透射电子显微镜（4D-STEM）技术与第一性原理计算相结合，成功揭示了平面极性涡旋的形成及其与扭转角度的关系。这一发现拓展了我们对低维材料中局部极性现象的理解，展示了在扭曲二维材料中调控极性结构的潜力。其次，研究表明，通过微小的层间位移，可以显著增强镶嵌模式对原子和极性结构的调控能力，这为开发新型电子器件奠定了基础。此外，相关的平面极性涡旋与局部原子堆叠顺序之间的关联，暗示了通过外部电场或层间滑动进行精确调控的可能性。这为在原子尺度上调节新兴量子特性提供了新的思路，有望在高密度信息存储和处理领域开辟新路径。因此，这项研究不仅丰富了我们对二维材料物理特性的认识，也为未来的材料设计和器件应用提供了重要的参考。Chi Shing Tsang et al. ,Polar and quasicrystal vortex observed in twisted-bilayer molybdenum disulfide.Science386,198-205(2024).DOI:10.1126/science.adp7099🌟 同步辐射，找华算 ！三代光源，全球机时，最快一周出结果，保质保量！👉全面开放项目：同步辐射硬线/软线/高能/液体/原位/SAXS/GIWAXS/PDF/XRD/数据拟合！🏅 500+博士团队护航，助力20000+研究在Nature&Science正刊及子刊、Angew、AFM、JACS等顶级期刊发表！
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