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单层TiSe₂/CuSe/Cu(111)异质结中非公度电荷密度波的发现

宋志朋

       过渡金属硫族化合物（TMDs）具有丰富的物理特性，电荷密度波（CDW）是其中之一。TiSe₂是一种典型的CDW材料，其体相在温度低于200 K时具有公度的2×2×2 CDW超结构。近几年，TiSe₂中的非公度电荷密度波（I-CDW）引起了人们极大的研究兴趣，因为其与超导相的出现密切相关。TiSe₂的物性可以通过多种方式进行调控，例如特定比例的Cu掺杂、施加高压或电场会使其在低温下呈现I-CDW相。对I-CDW态的进一步研究有望促进人们对凝聚态物理中关联量子态的深入理解。

       近期，国科大bwin官网登录入口路红亮副教授和宋志朋博士后等人与物理所、高能所等单位科学家合作，利用分子束外延（MBE）方法构筑了单层TiSe₂/CuSe/Cu(111)异质结以调控TiSe₂的CDW相。低能电子衍射（LEED）和扫描隧道显微镜（STM）表征结果显示该异质结中出现了一种新的非公度超结构。其主要波矢为∼0.41a*或∼0.59a*（这里a*是TiSe₂的倒格子晶格常数）。计算结果表明该超结构并非来自于异质结的摩尔超结构。超结构波矢间的关系和费米能级以下较大的间接带隙支持该超结构与非公度电荷密度波有关。值得注意的是，这里出现的I-CDW是稳定的，其转变温度超过600 K，远高于自由状态下TiSe₂中的CDW转变温度（约200 K）。进一步分析表明界面效应引起的电子掺杂可能是该异质结中I-CDW形成的关键因素。该工作为研究二维材料中的CDW提供了一个新平台。

       相关研究结果于2022年1月10日以“Observation of an Incommensurate Charge Density Wave in Monolayer TiSe₂/CuSe/Cu(111) Heterostructure”为题在线发表在学术期刊Physical Review Letters（《物理评论快报》）上。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院先导B类专项等项目的资助。

论文链接  https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.128.026401

不同温度下单层TiSe₂/CuSe/Cu(111)异质结表面的STM图像，相应的傅里叶变换图，以及LEED图案。