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二维电荷密度波材料研究取得进展

 

近日,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所功能材料研究室孙玉平、鲁文建课题组,在二维电荷密度波材料1T-TiSe2中,利用应力和载流子掺杂调控电荷密度波的研究取得新进展。相关研究结果发表在《物理评论B》上。
 
电荷密度波是一种宏观量子现象,在电荷密度波转变前后,材料的电阻发生急剧变化,这种特性使其在光电子和量子信息等方面有广阔的应用前景。最近实验发现,通过低维化可以提升1T-TiSe2电荷密度波转变温度,使其由块体的200K提高到单层的230K,成为目前单层过渡金属二硫族化合物中电荷密度波转变温度最高的材料。为了能够使材料将来在室温下应用,需要进一步提升1T-TiSe2电荷密度波转变温度。
 
为此,研究人员利用第一性原理计算,系统研究了应力和载流子掺杂对单层1T-TiSe2材料的电子结构、声子谱和电声子耦合的影响。通过对单层1T-TiSe2材料施加面内双轴应力,模拟实验上衬底引入应力对电荷密度波的影响。研究发现,拉应力可以增强电荷密度波,能够大幅提升电荷密度波的转变温度;而压应力则抑制了电荷密度波的出现。此外,研究人员采用载流子掺杂计算,模拟了实验上光场和电场对电荷密度波的影响。研究发现,电子和空穴掺杂都会抑制电荷密度波;而适当浓度的载流子掺杂可以诱导出超导电性。研究表明,通过应力和载流子掺杂可以实现单层1T-TiSe2电荷密度波态(半导体态)、金属态、超导态的开关效应,对未来实验上获取基于单层1T-TiSe2电荷密度波的新型电子学器件具有指导意义。
 
研究工作得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目的资助。(来源:中国科学院合肥物质科学研究院
 
 
 
图1.单层1T-TiSe2在应力下的电荷密度波形成能和Ti原子畸变(左)以及声子谱的演变(右)。
 
 
图2.单层1T-TiSe2在载流子掺杂下的声子谱(左上)和Ti原子畸变(左下)以及电声耦合强度和超导转变温度的演变(右)。
 

 

 
 
 
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