北理工團隊在二維材料Janus結構調控和對稱性破缺機理研究方面取得重要進展
發(fā)布日期：2025-06-30 供稿：物理學院 攝影：物理學院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數(shù)：
近日，依托先進光場顯示芯片與系統(tǒng)全國重點實驗室、學校光量子與納機電集成交叉科學中心，北京理工大學物理學院/前沿交叉研究院武旭教授課題組與我校集成電路學院、武漢大學物理與技術學院、中國科學院物理研究所開展合作，在二維材料Janus結構調控和電荷密度波態(tài)對稱性破缺機理研究方面取得重要進展。相關研究成果以“Unusual charge density wave introduced by the Janus structure in monolayer vanadium dichalcogenides”為題發(fā)表在國際知名期刊《Science Advances》上，論文第一作者為北京理工大學畢業(yè)博士生許自強、邵巖教授、在讀博士生黃純和武漢大學在讀博士生朱超。通訊作者為北京理工大學武旭教授、喬婧思教授、王業(yè)亮教授和武漢大學張晨棟教授。
研究課題組成功發(fā)展出原子層級Se化工藝，以此為基礎實現(xiàn)了單層Janus結構VTeSe材料的可控制備。進一步，借助掃描隧道顯微鏡技術，對材料的電荷密度波（CDW）現(xiàn)象進行原子級成像，觀測到具有獨特對稱性的“√13×√13”超周期，該結構具有顯著的三重旋轉對稱性破缺。通過理論計算與實驗結合，團隊揭示了這種CDW態(tài)與材料內部自旋排列緊密相關，而不是單一的傳統(tǒng)電子-聲子耦合作用機理。該成果不僅為二維過渡金屬硫族化合物（TMD）的原子級結構調控提供了新的制備工藝技術，也對對稱性調控與量子態(tài)設計提供了全新思路，推動二維材料的物態(tài)調控和相關的基礎以及應用科學研究。
圖1 單層Janus VTeSe的制備流程示意圖和原子級結構表征結果。
圖2 二維VTe2和具有Janus結構VTeSe兩種材料電荷密度波結構的原子級成像對照。
圖3 二維Janus VTeSe中CDW態(tài)的電子態(tài)實空間成像分析結果。
圖4 單層Janus VTeSe的電荷密度波與自旋序之間的關聯(lián)以及對應的DFT理論計算
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研發(fā)計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金等項目的資助。
附主要作者簡介：
許自強，第一作者，博士畢業(yè)于北京理工大學，現(xiàn)任中國航天科工集團第十研究院、貴州航天計量測試技術研究所電子元器件可靠性專業(yè)帶頭人，導師為武旭教授、劉立巍教授。研究方向：先進材料及器件可靠性試驗與分析。
邵巖，北京理工大學集成電路與電子學院教授，博士畢業(yè)于中科院物理所，新加坡國立大學博士后研究員。研究方向：面向集成電路應用的低維量子信息材料原子制備、表征與物性調控。
武旭，北京理工大學物理學院/前沿交叉研究院教授，國家級海外高層次青年人才、洪堡學者、北京市科技新星、北京理工大學特立青年學者，博士畢業(yè)于中科院物理所，在德國馬克斯普朗克固體研究所開展納米科學領域博士后研究工作。主要從事低維材料與薄膜的原子級結構調控與器件加工等方向的基礎和應用科學研究。近年來，在Nature、Science、Nat. Commun.等國際重要期刊發(fā)表論文30余篇，申請/授權發(fā)明專利10余項。
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