引言

二維過渡金屬二硫族化物材料因其豐富的元素組成及特別的電子結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)，在光電子器件、催化、能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)等眾多領(lǐng)域都有著巨大的應(yīng)用前景。利用該類二維邊界效應(yīng)，調(diào)節(jié)相應(yīng)晶體結(jié)構(gòu)及元素組成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)過渡金屬硫?qū)倩衔镫娮咏Y(jié)構(gòu)、光、熱、磁的特性的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)材料在各領(lǐng)域應(yīng)用的功能性的優(yōu)化。

成果簡介

近日，Columbia University的Cory R. Dean教授（通訊作者）的團(tuán)隊(duì)在Nat. Mater.發(fā)表了題為Ambipolar Landau levels and strong band-selective carrier interactions in monolayer WSe2的文章，他們使用單電子晶體管來執(zhí)行WSe2中的朗道能級(jí)光譜學(xué)，并提供單層過渡金屬二硫族化合物的電子和空穴的電子結(jié)構(gòu)圖。同時(shí)他們發(fā)現(xiàn)朗道能級(jí)在兩個(gè)頻帶之間差異顯著并遵循由強(qiáng)塞曼效應(yīng)支配的價(jià)帶中的獨(dú)特序列。塞曼在價(jià)帶中的分裂比回旋加速器的能量高出數(shù)倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了單粒子模型的預(yù)測(cè)，這意味著異常強(qiáng)烈的多體相互作用并表明WSe2可以作為新的相關(guān)電子器件的“候選人”。

圖文導(dǎo)讀

圖1：量子霍爾體系中的WSe2

a: WSe2中最低能帶的動(dòng)量空間插圖；

b: WSe2中的朗道能級(jí)在沒有多體相互作用的情況下。

圖2：探測(cè)方案和雙極朗道能級(jí)分散

a-b: 實(shí)驗(yàn)裝置圖；

c:逆壓縮率dμ/ dn與電荷密度和磁場(chǎng)的關(guān)系。

圖3：朗道能級(jí)的極化

a:價(jià)帶中朗道能級(jí)結(jié)構(gòu)的說明；

b:化學(xué)勢(shì)和朗道能級(jí)間能隙的提取。

圖4：價(jià)帶中與密度相關(guān)的朗道能級(jí)能隙

a:朗道能級(jí)上間隙大小的放大圖；

b:化學(xué)勢(shì)；

c:價(jià)帶中的朗道能級(jí)間隙關(guān)系。

圖5：提取參數(shù)和交互作用

a: EZ/EN用于VB和CB中的可訪問密度；

b-c:有效載體質(zhì)量和Landég因子；

d-e:單粒子模型和存在相互作用的情況下塞曼分裂的朗道能級(jí)。

小結(jié)

該團(tuán)隊(duì)提取WSe2的朗道能級(jí)結(jié)構(gòu)證明了在高載流子密度下具有異常強(qiáng)的塞曼能量以及強(qiáng)大的多體增強(qiáng)的重要影響，增強(qiáng)了EZ/EN在價(jià)帶中高達(dá)2.6倍，因此在非常高的空穴密度下相互作用仍然很強(qiáng)，在零磁場(chǎng)下它們?nèi)钥赡鼙３窒嚓P(guān)性。結(jié)合高密度的狀態(tài)，這表明交換相互作用足夠強(qiáng)以滿足斯通納標(biāo)準(zhǔn)的可能性，這意味著在B = 0時(shí)具有潛在的流動(dòng)鐵磁性。這種性質(zhì)最近僅在少數(shù)2D材料中觀察到，而且WSe2的情況下還可以是場(chǎng)效應(yīng)可調(diào)的。