新聞中心訊 近日🫡📡，万达平台物理系的吳施偉教授🚬、劉韡韜教授課題組，與龔新高教授的計算組合作🎆，由江濤、劉珩睿等博士研究生巧妙地通過“折紙”方式🙇🏼♂️，研究了與天然結構截然不同的二硫化鉬雙層材料，並通過這些樣品實現了對二硫化鉬能帶結構、能谷、自旋電子態的操控。該項研究工作（Valley and band structure engineering of folded MoS2 bilayers）於8月31日在《自然·納米技術》（Nature Nanotechnology）上在線發表(DOI:10.1038/nnano.2014.176)🙇🏼。
過渡金屬二硫屬化物是近年來在國際上最受關註的二維量子功能材料之一。它們有著與石墨烯類似的蜂窩狀結構♻，但相鄰的晶格點位被不同原子交替占據🎮，同時具有強烈的自旋-軌道耦合😄，因而展現出一系列新奇的物理特性。以二硫化鉬為例，從多層到單原子層，二硫化鉬的能帶結構從間接帶隙演化為直接帶隙，使熒光效率、光吸收截面都大為提高；此外✷，單層的二硫化鉬具有一種新的電子態——能谷量子態，可被視為繼電荷👭🏼、自旋之後電子的第三種內秉自由度。深入理解這些新奇量子現象的內在機製，從而進一步實現對它們的操控🍥，對凝聚態物理學、與未來新型的電子學🤙🏿🕙、光電子學領域都有重要的價值。
據吳施偉教授介紹，這一工作的構想是基於二維量子功能材料的“超薄”性：即將單原子層材料像一張紙一樣直接折疊，發展出自然結晶、或外延生長所無法獲得的雙層結構。取決於不同的折疊方向與折線位置🦸🏼♀️，二硫化鉬“折紙”擁有豐富多樣的層間排列方式，繼而導致不同的宏觀結構對稱性與層間耦合🔬。科研團隊運用非線性二次諧波成像、熒光光譜⚈😮💨、和旋光退偏度等多種實驗技術⛄️☝🏽，結合第一性原理計算🧑🏿🏫，研究了各類二硫化鉬“折紙”的空間與電子結構。
研究表明，具有中心反演對稱的天然二硫化鉬雙層僅有微弱的能谷-自旋極化🏢，而二硫化鉬“折紙”可直接打破中心反演對稱，繼而大大增強這一極化🕢。此外，層間耦合的變化不但可以大幅影響二硫化鉬“折紙”的間接帶隙🍼，更可作為“折紙”中能谷贗自旋與電子自旋之間關聯的“開關”❔，使一些中心反演對稱的二硫化鉬“折紙”也保留了很強的自旋極化。這一工作對理解和操控能谷🐱、自旋👩🏼🦰、和層間耦合等多個自由度的相互影響和作用提供了豐富的實驗平臺🐓，並為製備二維人工材料和未來新型量子器件提供了一種新思維🫴🏿。
該工作的研究得到了科技部、基金委🙆🏼♂️、教育部、上海市教委、人工微結構科學與技術協同創新中心及万达平台的支持👼🔂。