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近日，依托先進(jìn)光場(chǎng)顯示芯片與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、學(xué)校光量子與納機(jī)電集成交叉科學(xué)中心，北京理工大學(xué)物理學(xué)院/前沿交叉研究院武旭教授課題組與我校集成電路學(xué)院、武漢大學(xué)物理與技術(shù)學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院物理研究所開(kāi)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(duì)稱(chēng)性破缺機(jī)理研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)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(guó)際知名期刊《Science Advances》上，論文第一作者為北京理工大學(xué)畢業(yè)博士生許自強(qiáng)、邵巖教授、在讀博士生黃純和武漢大學(xué)在讀博士生朱超。通訊作者為北京理工大學(xué)武旭教授、喬婧思教授、王業(yè)亮教授和武漢大學(xué)張晨棟教授。

研究課題組成功發(fā)展出原子層級(jí)Se化工藝，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了單層Janus結(jié)構(gòu)VTeSe材料的可控制備。進(jìn)一步，借助掃描隧道顯微鏡技術(shù)，對(duì)材料的電荷密度波（CDW）現(xiàn)象進(jìn)行原子級(jí)成像，觀測(cè)到具有獨(dú)特對(duì)稱(chēng)性的“√13×√13”超周期，該結(jié)構(gòu)具有顯著的三重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)性破缺。通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)合，團(tuán)隊(duì)揭示了這種CDW態(tài)與材料內(nèi)部自旋排列緊密相關(guān)，而不是單一的傳統(tǒng)電子-聲子耦合作用機(jī)理。該成果不僅為二維過(guò)渡金屬硫族化合物（TMD）的原子級(jí)結(jié)構(gòu)調(diào)控提供了新的制備工藝技術(shù)，也對(duì)對(duì)稱(chēng)性調(diào)控與量子態(tài)設(shè)計(jì)提供了全新思路，推動(dòng)二維材料的物態(tài)調(diào)控和相關(guān)的基礎(chǔ)以及應(yīng)用科學(xué)研究。

圖1 單層Janus VTeSe的制備流程示意圖和原子級(jí)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(jí)成像對(duì)照。

圖3 二維Janus VTeSe中CDW態(tài)的電子態(tài)實(shí)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(guān)聯(lián)以及對(duì)應(yīng)的DFT理論計(jì)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(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

附主要作者簡(jiǎn)介：

許自強(qiáng)，第一作者，博士畢業(yè)于北京理工大學(xué)，現(xiàn)任中國(guó)航天科工集團(tuán)第十研究院、貴州航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所電子元器件可靠性專(zhuān)業(yè)帶頭人，導(dǎo)師為武旭教授、劉立巍教授。研究方向：先進(jìn)材料及器件可靠性試驗(yàn)與分析。

邵巖，北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院教授，博士畢業(yè)于中科院物理所，新加坡國(guó)立大學(xué)博士后研究員。研究方向：面向集成電路應(yīng)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(xué)物理學(xué)院/前沿交叉研究院教授，國(guó)家級(jí)海外高層次青年人才、洪堡學(xué)者、北京市科技新星、北京理工大學(xué)特立青年學(xué)者，博士畢業(yè)于中科院物理所，在德國(guó)馬克斯普朗克固體研究所開(kāi)展納米科學(xué)領(lǐng)域博士后研究工作。主要從事低維材料與薄膜的原子級(jí)結(jié)構(gòu)調(diào)控與器件加工等方向的基礎(chǔ)和應(yīng)用科學(xué)研究。近年來(lái)，在Nature、Science、Nat. Commun.等國(guó)際重要期刊發(fā)表論文30余篇，申請(qǐng)/授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利10余項(xiàng)。