一维范德华W6Te6纳米线的扫描隧道显微镜研究

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具有原子级别厚度的二维范德华材料的成功分离与可控堆叠,为研究低维体系量子物性提供了全新的平台。这其中,层间范德华耦合在二维新奇物性的产生和调控中有着重要又独特的地位。但与此同时,对一维体系中的范德华相互作用原子级尺度理论理解和实验探索都寥寥无几。这其中的一个主要困难便是在一维体系中实现原子级精准的材料制备、结构调控,并建立相应的构效关系。在本论文中,我们结合超高真空分子束外延生长与扫描隧道显微镜研究,可控地制备了亚纳米直径(~0.8nm)的单根W6Te6线以及精准堆叠的多根线阵,在原子尺度上发现了范德华堆叠对于一维体系电子结构的调制作用。通过低温扫描隧道谱的表征与第一性原理计算的研究,我们在过渡金属单硫族化物家族中发现了首例半导体性质材料,即单根的W6Te6线,其带隙约为60meV。当两根线范德华结合后,体系中的电子结构发生了半导体到金属的转变。在金属相中,我们发现其低能激发态表现为典型的一维关联电子态——Luttinger液体行为,并且其中的电子关联强度可以通过调控堆叠的根数来进行调制。当纳米线的根数为2时,Luttinger因子g=0.086,随着根数逐渐增长至六根,Luttinger因子也逐渐增长至g=0.136,其中g=1时代表体系为费米液体。受到根数变化调控的电子结构与电子关联特性说明了范德华堆叠在一维纳米线体系中的重要作用与潜力,同时也为未来的电子器件构造与功能调控提供了重要的思路。
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