Advanced Science:二维半导体材料中的各向异性集体激发

高维材料中的低维周期性结构,如二维面状层叠结构以及一维链状堆积结构,导致了材料中的许多新奇物理现象。比如三维高温超导铜氧化物中的周期性二维铜氧面层叠结构,产生了新的等离子元激发并影响着其超导性。我们知道,准金属态的二维过渡金属硫属化合物具有扭曲的三明治结构(两层硫属原子夹着一层过渡金属原子)。由于中间层的过渡金属原子的偏离,使其扭曲成一维周期性“之”字形的链状结构 (如图)。因此,二维材料中的一维链状结构带来的新的物理现象值得我们进一步探索。

新加坡国立大学尹鑫茂博士及黄载贤教授课题组用光谱学研究了准金属态的单层WSe2和MoS2中的电子结构。他们在准金属结构中发现了等离子元激发,且此激发不存在于普通的半导体结构中。同时,他们证明了此集体激发只出现在垂直于一维金属链的方向,具有各向异性的性质。通过结合光谱学研究及理论计算,他们证明了这些一维链之间的长程电子相互作用是导致此集体激发的关键因素。同时,他们发现二维材料中的自旋-轨道耦合作用影响着等离子元激发的激发能量。最后,他们探讨了二维材料中的非常规超导性与此集体激发以及一维链之间的长程相互作用的联系。

在具有一维链状结构系统的二维材料中对其集体激发模式的研究不仅为新的光电器件应用提供新的机会,而且对揭示二维材料中的非常规超导性的机制具有重要意义。相关论文在线发表在Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.201902726) 上,并于当期Inside Back Cover做简要介绍。