中科院物理所Nat.Commun.：气凝胶/二硒化铌超晶格材料实现电声子解耦

钢铁侠 1年前 (2023-11-18) 2038浏览

【成果导读】

层间退耦合在实现二维材料优异性能方面起着至关重要的作用，但在块体材料中仍然相对未被探索。目前尚不清楚如何通过人工操纵实现与单层对应的大晶体。因此，在块体材料中实现层间退耦合，诱导出本征二维特性具有重要意义，利于二维材料本征物性的研究和应用范围的拓展。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心先进材料与结构分析实验室陈小龙团队博士（已毕业）孙瑞锦，在副研究员金士锋和研究员陈小龙的指导下，与研究员赵怀周、特聘研究员李岗、研究员杜世萱、特聘研究员应天平，以及华中科技大学教授杨荣贵与钱鑫等合作构建了一个由NbSe2和高孔隙率氢氧化物交替层组成的超晶格，作为实现块体材料层间退耦合的原理证明。在（NaOH）0.5NbSe2中，层间退耦表现为沿层间方向理想的一维绝缘状态。它的振动（声子）的退耦合则表现在拉曼光谱中层间振动模式峰的完全消失、比热容呈现以爱因斯坦局域震动为主导的模式、层间极低的结合能（接近石墨烯级别）以及极低的层间热导率（0.28 W/mK，约为NbSe2的2%）。因此，观察到CDW转变温度（>110 K）和Pauling-breaking 2D超导性的急剧增强，表明块体晶体表现与剥离的NbSe2单层相似。该研究发现提供了一种在大规模不剥离的情况下实现内在2维材料性能的途径。

【数据概览】

针对不同厚度材料的层间解耦合方案

超晶格(NaOH)0.5NbSe2单晶的（a）X射线衍射；（b）XPS光电子能谱；（c）晶体结构（部分NaOH层占位率仅5%）；（d）电荷密度图。

超晶格(NaOH)0.5NbSe2层间电子解耦合特征。（a) 母体NbSe2及超晶格(NaOH)0.5NbSe2的面内及层间电阻；（b)超晶格(NaOH)0.5NbSe2、母体2H-NbSe2及单层NbSe2的电子结构及费米面。

超晶格(NaOH)0.5NbSe2的层间声子解耦合特征。（a)母体NbSe2、单层NbSe2和(NaOH)0.5NbSe2的室温拉曼光谱；（b) Cp与温度的关系图；（c）(NaOH)0.5NbSe2层间热导；（d）(NaOH)0.5NbSe2的面内热导率；（e）材料导热率及各向异性相图； （f）TMDs材料、石墨、黑磷（BP）和(NaOH)0.5NbSe2的剥离能及层间热导。

 
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