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课题组在过渡金属硫族化合物电荷密度波相变及调控领域取得新进展(PRB)
发布者: 邓俊楷 | 2022-01-18 | 2399

二维过渡金属二硫化物(TMDs)的电荷密度波(CDW)态源于电子结构和晶格畸变之间的内在耦合,从而产生许多有趣的物理化学性质。目前发现的绝大多数CDW具有非磁性,如典型的MoX2WX2XSSeTe)中的1T’相。这种非磁性1T’相主要源于相邻金属原子间的“二聚化”。CDW具有较强的“电子-声子”耦合,相较于非磁性CDW,磁性与CDW的耦合有望进一步拓展该类材料的物理化学性质,如应变取向相关的半金属极化转变。然而,目前仅在CrX2中发现了磁性1T’CDW。因此,进一步探索更多的磁性CDW相,并阐释其形成机制,有助于开发新型自旋电子学器件。

近日,材料学院强度室的邓俊楷教授同西北有色金属研究院陈凯运副研究员、澳大利亚墨尔本大学Zhe Liu副教授、物理学院杨森教授合作,通过第一性原理计算,系统的研究了磁性过渡金属元素(VCrMnTMD1T’CDW。研究表明,此类材料中1T’相源于两种机制,即金属-非金属原子的超交换作用(VTe2)和金属原子间的“二聚化”(MnX2)。更为特殊的是,1T’ CrX2中两种机制共存,并产生稳定的非磁和铁磁态。基于CDW的“电子-声子”耦合,电荷(电子或空穴)掺杂可调节不同的形成机制,进而诱导CrS2中两种CDW之间相变,导致极大的应变输出(沿xy方向分别为12.17%5.93%)和磁性变化。本研究不仅揭示了1T’CDW及磁性产生机制,还通过电荷掺杂实现铁磁/非磁性转变,为基于二维材料的自旋电子学和存储器件提供了新的思路。

本项研究成果最近以“Ferromagnetic and nonmagnetic 1T’ charge density wave states in transition metal dichalcogenides: Physical mechanisms and charge doping induced reversible transition”为题发表在国际著名期刊Physical Review BIF= 4.036)上本项研究得到了国家自然科学基金面上项目、港澳与海外学者合作研究基金项目、创新群体项目,以及创新引智111计划2.0项目和中央高校基本科研业务费的资助。研究工作主要在我校高算平台上完成。

论文链接:https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.024414