北理工團隊在二維材料Janus結(jié)構(gòu)調(diào)控和對稱性破缺機理研究方面取得重要進展
發(fā)布日期：2025-06-30 供稿：物理學院 攝影：物理學院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數(shù)：
近日，依托先進光場顯示芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室、學校光量子與納機電集成交叉科學中心，北京理工大學物理學院/前沿交叉研究院武旭教授課題組與我校集成電路學院、武漢大學物理與技術(shù)學院、中國科學院物理研究所開展合作，在二維材料Janus結(jié)構(gòu)調(diào)控和電荷密度波態(tài)對稱性破缺機理研究方面取得重要進展。相關研究成果以“Unusual charge density wave introduced by the Janus structure in monolayer vanadium dichalcogenides”為題發(fā)表在國際知名期刊《Science Advances》上，論文第一作者為北京理工大學畢業(yè)博士生許自強、邵巖教授、在讀博士生黃純和武漢大學在讀博士生朱超。通訊作者為北京理工大學武旭教授、喬婧思教授、王業(yè)亮教授和武漢大學張晨棟教授。
研究課題組成功發(fā)展出原子層級Se化工藝，以此為基礎實現(xiàn)了單層Janus結(jié)構(gòu)VTeSe材料的可控制備。進一步，借助掃描隧道顯微鏡技術(shù)，對材料的電荷密度波（CDW）現(xiàn)象進行原子級成像，觀測到具有獨特對稱性的“√13×√13”超周期，該結(jié)構(gòu)具有顯著的三重旋轉(zhuǎn)對稱性破缺。通過理論計算與實驗結(jié)合，團隊揭示了這種CDW態(tài)與材料內(nèi)部自旋排列緊密相關，而不是單一的傳統(tǒng)電子-聲子耦合作用機理。該成果不僅為二維過渡金屬硫族化合物（TMD）的原子級結(jié)構(gòu)調(diào)控提供了新的制備工藝技術(shù)，也對對稱性調(diào)控與量子態(tài)設計提供了全新思路，推動二維材料的物態(tài)調(diào)控和相關的基礎以及應用科學研究。
圖1 單層Janus VTeSe的制備流程示意圖和原子級結(jié)構(gòu)表征結(jié)果。
圖2 二維VTe2和具有Janus結(jié)構(gòu)VTeSe兩種材料電荷密度波結(jié)構(gòu)的原子級成像對照。
圖3 二維Janus VTeSe中CDW態(tài)的電子態(tài)實空間成像分析結(jié)果。
圖4 單層Janus VTeSe的電荷密度波與自旋序之間的關聯(lián)以及對應的DFT理論計算
論文詳情：Ziqiang Xu et al., Unusual charge density wave introduced by the Janus structure in monolayer vanadium dichalcogenides. Sci. Adv.11, eadq4406(2025). DOI:10.1126/sciadv.adq4406
論文連接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adq4406
本研究受到科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金等項目的資助。
附主要作者簡介：
許自強，第一作者，博士畢業(yè)于北京理工大學，現(xiàn)任中國航天科工集團第十研究院、貴州航天計量測試技術(shù)研究所電子元器件可靠性專業(yè)帶頭人，導師為武旭教授、劉立巍教授。研究方向：先進材料及器件可靠性試驗與分析。
邵巖，北京理工大學集成電路與電子學院教授，博士畢業(yè)于中科院物理所，新加坡國立大學博士后研究員。研究方向：面向集成電路應用的低維量子信息材料原子制備、表征與物性調(diào)控。
武旭，北京理工大學物理學院/前沿交叉研究院教授，國家級海外高層次青年人才、洪堡學者、北京市科技新星、北京理工大學特立青年學者，博士畢業(yè)于中科院物理所，在德國馬克斯普朗克固體研究所開展納米科學領域博士后研究工作。主要從事低維材料與薄膜的原子級結(jié)構(gòu)調(diào)控與器件加工等方向的基礎和應用科學研究。近年來，在Nature、Science、Nat. Commun.等國際重要期刊發(fā)表論文30余篇，申請/授權(quán)發(fā)明專利10余項。
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