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大阳城集团登录网张均锋​教授课题组在二维范德瓦尔斯异质结能谷劈裂研究中取得进展

  2022-02-24 15:43:30  

近日,我校原子分子和材料光谱测量与分析山西省重点实验室张均锋教授课题组在Nature旗下顶级期刊《大阳城集团登录网》(中科院top类期刊,影响因子为12.241)发表论文“Enhanced valley splitting of WSe2 in twisted van der Waals WSe2/CrI3 heterostructures”将不同的二维材料堆叠成异质结形式,为二维材料的广泛应用打开了新的窗口。近年来,由于层间效应引起的新奇物理特性,扭转的二维范德瓦尔斯异质结引起了人们的重点关注。在二维范德瓦尔斯异质结中,可以通过调控上下两层材料相互扭转,从而对其电子、磁性质进行精准调控,是异质结性能调控的新变量。

该课题组利用第一性原理研究了具有不同的堆叠方式尤其是在不同扭转角下,二维范德瓦尔斯WSe2/CrI3异质结的结构稳定性,电子性质和磁性质。通过对异质结形成能的考察,发现随着扭转角度的变大,异质结变得越来越稳定。更为重要的是,发现WSe2中的能谷劈裂,与非扭转的堆叠方式相比,有十几倍的显著增强。通过分析差分电荷密度,揭示了扭转的范德瓦尔斯异质结中能谷劈裂增强与上下两层原子尤其是W原子层与Cr原子层之间的耦合强度有着很大的关系。研究者们还通过对异质结施加外电场来对WSe2中的能谷劈裂进行调控。量子力学模型分析等效磁场发现,扭转角为23.4o的异质结中产生的能谷劈裂值,相当于将WSe2放置于20.9T的超高强度磁场中产生的劈裂值大小。这一工作,为过渡金属硫族化合物中能谷劈裂调控提供了新的方向。

论文第一作者为大阳城集团登录网葛梅副教授,共同通讯作者为大阳城集团登录网张均锋教授和美国伦斯勒理工学院张绳百教授,合作者包括美国劳伦斯伯克利国家实验室的王涵研究员、北京航空航天大学材料科学与工程学院司晨副教授和吴忌征博士。大阳城集团登录网为第一单位。

该研究工作得到了国家自然科学基金面上项目的支持。(原子分子和材料光谱测量与分析山西省重点实验室科技处 供稿)

原文链接:npj Computational Materials8,32 (2022)http://www.nature.com/articles/s41524-022-00715-9)

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