何林教授课题组实现分数层过渡金属硫族化合物

在层状材料过渡金属硫族化合物（TMDC）中，层内的X-M-X（M为过渡金属，X为硫族元素）通过较强的共价键连接，而层与层之间则由较弱的范德瓦尔斯相互作用结合。因此，TMDC材料的解理通常发生在层间，最薄能获得具有三层X-M-X原子结构的单层TMDC材料。普遍认为，通过破坏层内共价键来实现具有少于三层X-M-X原子结构的分数层TMDC材料是不可能的。近期，北京师范大学何林教授课题组和北京理工大学张钰副教授深入合作，利用扫描隧道显微镜(STM)的探针操纵技术，成功地在1T’-WTe2、2H-MoSe2等TMDC材料中实现了2/3层体系，并观测到了与其单层材料截然不同的晶格重构和一维电子态调制特性。

在实验中，他们将单层石墨烯转移到TMDC材料上作为保护层。通过对该体系施加脉冲电压，成功去除了TMDC中最上层数百个硫族元素原子，进而实现了2/3层TMDC的可控制备。STM测试结果表明，2/3层WTe₂的晶格会自发重构，呈现出与单层1T’-WTe₂截然不同的超晶格特征。该结构进一步诱导了电子态表现出一维电荷密度调制。北京师范大学黄兵教授课题组和清华大学的段文晖院士课题组开展了相关理论计算，揭示了覆盖的单层石墨烯对2/3层TMDC的稳定性起到了重要作用，并预测了2/3层TMDC不同于其单层材料的新奇物性。该研究结果扩展了对TMDC材料的传统理解，有望促进更多新奇量子物态的发现和应用。

相关成果近日以“Realization of fractional-layer transition metal dichalcogenides”为题刊发在《Nature Communications》上[1]。北京师范大学何林教授课题组的博士生赵亚新、韩紫依和北京师范大学黄兵教授课题组的博士生金恒为共同第一作者，北京师范大学的何林教授、黄兵教授和北京理工大学的张钰副教授为通讯作者。参与了该工作的还包括清华大学的段文晖院士和博士后赵鑫磊、何林教授课题组的博士后任雅宁、博士生张若寒和周啸峰。

这项工作得到了国家自然科学基金委、国家重点研发计划、中国博士后科学基金会以及北京师范大学的经费支持。

图1 分数层过渡金属硫族化合物的示意图及其STM表征，STM测量揭示了2/3层WTe₂中独特的晶格重构和一维电荷密度调制。

参考文献：

[1] Ya-Xin Zhao, Heng Jin, Zi-Yi Han, Xinlei Zhao, Ya-Ning Ren, Ruo-Han Zhang, Xiao-Feng Zhou, Wenhui Duan, Bing Huang, Yu Zhang, Lin He. Realization of fractional-layer transition metal dichalcogenides. Nat. Commun. 16, 3659 (2025).

URL: https://doi.org/10.1038/s41467-025-59007-7