3月18日，物理與光電學(xué)院高壓物理實(shí)驗(yàn)室青年教師唐玲云博士和毛忠泉副教授及其合作者在《自然通訊》（Nature communications）在線發(fā)表了題為“Giant piezoresistivity in a van der Waals material induced by intralayer atomic motions”的研究論文，報(bào)道了目前在范德華晶體材料中發(fā)現(xiàn)的最高的壓阻效應(yīng)和新的物理應(yīng)力機(jī)制。唐玲云博士和毛忠泉副教授為論文共同第一作者，華南理工大學(xué)物理與光電學(xué)院為第一單位。
論文截圖
范德華層狀晶體是一類(lèi)由于范德華間隙中沒(méi)有強(qiáng)的化學(xué)鍵而只通過(guò)層間弱的范德華分子力耦合的材料。通過(guò)調(diào)節(jié)層間距，可以誘導(dǎo)出現(xiàn)許多重要的物理現(xiàn)象，如超導(dǎo)電性、量子反?；魻栃?yīng)和層間激子凝聚等。給范德華晶體施加壓力是一種非常高效而清潔的調(diào)節(jié)層間距的技術(shù)。以往人們普遍認(rèn)為壓力對(duì)范德華晶體物性的影響源自兩種物理機(jī)制：晶格收縮的各向異性和層間滑移。
研究團(tuán)隊(duì)在對(duì)層狀半導(dǎo)體范德華晶體β′-In2Se3的壓力實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，只需1.2Gpa的壓力（壓強(qiáng)），就能使這種材料的電阻率迅速下降6個(gè)數(shù)量級(jí)，從而可以獲得高達(dá)-5.33 Gpa-1的壓阻系數(shù)，這比商用的硅基壓阻材料要高出近25倍，這也是目前報(bào)道的范德華層狀晶體中壓阻系數(shù)最大的材料（圖2）。由于β′-In2Se3層狀晶體非常易于通過(guò)機(jī)械剝離而形成二維或準(zhǔn)二維的薄膜結(jié)構(gòu)，因此β′-In2Se3有望在未來(lái)的機(jī)器人和電子皮膚中得到深入的應(yīng)用。
論文截圖：β′-In2Se3的巨壓阻效應(yīng)
更重要的是，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)β′-In2Se3中的巨壓阻效應(yīng)與壓力下晶體發(fā)生的半導(dǎo)體到半金屬轉(zhuǎn)變，以及線性二色性消失存在非常強(qiáng)的關(guān)聯(lián)（圖3）。線性二色性在壓力下消失是β′-In2Se3中間層Se原子向高對(duì)稱(chēng)位置移動(dòng)的重要標(biāo)志。通過(guò)第一性原理計(jì)算，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)了β′-In2Se3的巨壓阻效應(yīng)就是源自于中間層Se原子在層內(nèi)向高對(duì)稱(chēng)位置移動(dòng)導(dǎo)致的帶隙閉合，而不是來(lái)源于通常認(rèn)為的壓力誘導(dǎo)的晶收縮的各向異性或者層間滑移。
線性二色性隨壓力的演化
本研究意義在于研究團(tuán)隊(duì)不僅發(fā)現(xiàn)了一種具有優(yōu)異壓阻性能的范德華層狀材料，而且還揭示了操控范德華層狀材料電子結(jié)構(gòu)的新的自由度和物理機(jī)制。（圖文/通訊員 毛忠泉 物理與光電學(xué)院 編輯/盧慶雷）
全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37239-9
