Advanced Electronic Materials: 新型亚稳相二维TMD材料2M-WS2电子态调控

层状过渡金属硫化物(TMD)具有丰富的晶体结构和电子结构。近年来,在扭曲八面体[MX6] (M=transition metal,X=S,Se,Te)所形成的各类亚稳相MX2中发现了许多新奇物性,如超导电性、能谷极化、外耳半金属、巨磁阻效应等,并引起了人们极大的研究兴趣。2M相WS2是新发现的一类亚稳相材料,在TMD材料中它具有最高的超导转变温度,Tc=8.9 K。隧道扫描电子谱观测到其具有U型超导能隙,在磁涡旋中可能存在马约拉纳边缘态。理论计算表明:与Fe基超导体类似,2M-WS2的Femi面附近也是电子和空穴共存。并且,2M-WS2存在拓扑表面态,可能是一种新型的拓扑超导体。

为了进一步研究介稳二维TMD材料2M-WS2的超导态以及其他电子态,近日,中国科学院上海硅酸盐研究所黄富强课题组和合作者通过离子液体门电压技术系统地对2M-WS2材料的载流子浓度和类型进行了调变并研究了其输运特性。实验发现2M-WS2是p型载流子的超导体,当含有锂离子的离子液体滴加到样品表面后,在离子浓度梯度的驱动下,锂离子会自发地嵌入到的2M-WS2层间,引入电子掺杂,使2M-WS2的载流子类型由p型转变为n型,其输运特性也会由超导性变为绝缘性。在反向电压的驱动下,锂离子会从2M-WS2的层间完全脱出,材料会回到初态—导体态;正向缓慢施加电压,锂离子会再次嵌入到2M-WS2的层间,随着锂离子的嵌入量逐渐增加,材料会依次从超导体逐渐转变为金属和绝缘体,并且该过程可逆。最终绘制了该材料的电荷浓度-温度相图,为进一步认识2M-WS2的电子态提供了实验基础。相关结果发表在Advanced Electronic Materials(DOI: 10.1002/aelm.201900462)上。