科研学术

　　近日，电子科技大学王曾晖、夏娟、裴胜海与中南大学周喻等合作，探索了双层MoS2在高压下的层间耦合作用演变规律以及相变行为。该工作首次将堆垛坐标轴引入到相图的研究中，结合高压对顶砧技术以及原位光谱表征手段，为描绘双层MoS2的堆垛-压强相图迈出了第一步。相关成果以《Exploration toward a new stacking-pressure phase diagram in bilayer AA- and AB-MoS2》为题发表在物理学期刊Applied Physics Reviews上，并被选为Featured Article。

　　电子科技大学博士生焦陈寅、特聘副研究员裴胜海、博士生张泽娟为论文共同第一作者；电子科技大学王曾晖教授、夏娟研究员、中南大学周喻教授为通讯作者。电子科技大学基础与前沿研究院为第一完成单位。该研究得到了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金原创探索计划等项目的支持。

　　【研究背景】

　　相图为材料研究提供了基本框架，描述了系统如何随温度、压强等条件发生演变。在三维材料的相图研究中，通过温度和压强共同影响可以产生新颖的转变，如自旋配对转变、莫特绝缘体-金属转变和磁性转变等。

　　除了传统的温度和压强轴之外，相图的坐标轴也可以涉及额外的自由度，例如成分、磁场和掺杂等，这种自由度的扩展使得相图成为设计材料性能的路线图，为操作变量提供一个初始参考，从而获得所需的微观结构。例如，通过在成分轴上进行调整，研究人员实现了材料机械强度的提升以及磁导率的增强等。

　　与三维材料相比，尽管二维范德瓦尔斯材料少了一个维度，但它们具有另一个独特的调控自由度：堆垛。弱的层间范德瓦尔斯相互作用赋予了二维材料层间旋转和平移自由度，使得人们可以沿着堆垛轴选择性地获得特定的相。然而，尽管堆垛自由度在诱导二维材料相变方面具有广阔的潜力，但它至今仍未出现在相图的坐标轴上，这种研究的缺失会导致人们错过优化二维材料性质的重要机会，阻碍对未知稳定相的探索。

　　【成果介绍】

　　鉴于此，研究者们利用超低波数拉曼光谱对0°和60°堆垛双层MoS2样品中特有的层间振动模式进行探测，成功地解析出双层样品的堆垛依赖特性，并通过约化弹簧模型解释产生堆垛依赖特性的原因。在此基础上，研究者们利用高压对顶砧（DAC）技术，将研究空间扩展到堆垛-压强空间中，发现0°和60°堆垛样品的层间耦合作用在压强的作用下产生了不同的响应。更加有趣的是，当压强提升到更高之后，会发生压强诱导相变，作者利用拉曼光谱对两种堆垛的样品在高压下的相变行为进行原位探测，发现在低压强范围内（0-12.8 GPa）的相变存在明显的堆垛依赖特性，而在压强高于12.8 GPa时，堆垛依赖特性逐渐消失。基于此，作者将相变行为总结在堆垛-压强空间中，迈出了建立了双层MoS2堆垛-压强相图的第一步。

AA和AB堆垛的双层MoS2样品中层间相互作用的差异

堆垛-压强空间中双层MoS2的可视化相变

　　论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0202832