当材料内部电子相互作用时，会产生新的物理行

当材料内部的电子相互作用时，会出现新的物理行为，例如莫特绝缘体行为、非传统超导行为和量子自旋液体行为。当电子被限制在较低维度（例如二维平面）时，这些影响可能会变得更强。受这些观察结果的启发，加州大学伯克利分校、劳伦斯伯克利国家实验室、斯坦福大学和世界其他大学的科学家进行了一项研究，以调查 2D 1T-TaSe2 的独特行为。研究成果发表在《自然物理学》上。

指出这个材料中的电子这种关联导致强烈的莫特绝缘体状态，伴随着不寻常的轨道纹理。开展这项研究的研究人员之一迈克尔·F·克罗米（Michael F. Kromi）说：长期以来，人们一直认为三维（3D）材料 1T-TaSe2 和 1T-TaS2 表现出新的电子-电子相互作用.行为。然而，理解此类材料的挑战之一是它们是堆叠的二维 (2D) 层，层之间的耦合掩盖了层内发生的事情。

克服这一挑战，并希望为了发现新的行为，克罗米和他的同事决定将 1T-TaSe2 晶体减薄到单层厚度，这样不同层之间的相互作用就不再是问题。这将使研究人员能够通过一次添加一层来隔离层间耦合的影响，同时监测材料行为的变化。为了遵循这个游戏计划，研究并生长了单层和多层堆叠的 1T-TaSe2，并通过扫描隧道显微镜 (STM) 和角分辨光电发射 (ARPES) 的实验技术表征了内部电子行为。 ）。

这允许研究人员确定顺序层 1T-TaSe2 是一种新型绝缘体，称为莫特绝缘体。随着更多层添加到堆栈中，这种行为将通过层间耦合消失。劳伦斯伯克利国家实验室 (LBNL) 先进光源 (ALS) 研究团队的一部分，由物理学家沈志勋和莫承坤领导，使用一种称为分子束外延的方法来生长单层和多层 1T-TaSe2。 .该方法主要涉及将钽和硒以原子束的形式沉积到基板上，加热基板以诱导形成原子级薄的晶体。

先用ARPES做原子薄晶体检测，这是一种将 X 射线照射到材料上并测量被踢出的电子的能量和动量的方法。然后将样品带到加州大学伯克利分校，在那里研究团队使用扫描隧道显微镜 (STM) 对其进行表征。在扫描隧道显微镜中，锋利的金属针扫描晶体表面，拉出不同能量的电子，直接成像电子在原子尺度上的排列方式。这项涉及多个机构团队的合作研究工作取得了一系列令人振奋的成果。

首先，克罗米和他的同事收集观察结果证实单层1T-TaSe2形成了新的二维莫特绝缘体系统。其次，系统展示的一些独特行为提供了有价值的见解。该研究建立了单层 1T-TaSe2 作为新的二维莫特绝缘体，这促使这种材料中的电子将自己排列成以前从未见过的新空间图案或纹理。同时，也阐明了层间耦合在1T-TaSe2中的作用，并确定这降低了其绝缘性，减少了电子-电子相互作用的影响。

除了深化目前的1T -TaSe2 除了对材料及其特性的理解之外，克罗米和他的同事收集的发现可能为发现独特的新物质状态铺平道路。研究人员目前正计划开展进一步研究，以研究 1T-TaSe2 材料的其他特性或行为。探索可能出现在这种新型二维莫特绝缘体中的其他奇异物质状态，例如量子自旋液态和非常规超导性。研究将尝试通过将其集成到新的电气设备中来对其进行表征，并进一步操纵其特性。

锦园｜版权？Science X Network/Ingrid Fadelli/Phys

参考期刊《自然物理学》

DOI：10.1038/s-019-0744-9

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