近期，中科院合肥研究院固體所功能材料研究室在二維材料1T-VSe₂電荷密度波量子態以及物理起源的理論研究方面取得新進展。研究人員利用第一性原理計算發現了費米面嵌套和電聲子耦合所導致三維塊體和二維單層1T-VSe₂具有不同的電荷密度波基態，并且應力可以調控不同有序態的轉變，理論研究結果可以很好地解釋相關實驗現象。相關研究成果發表在《物理評論B》(Physical Review B)上。 

　　電荷密度波是指晶體中的電荷密度發生周期性改變，并伴隨著晶體結構畸變的量子現象，往往出現在低維材料中，過渡金屬二硫族化合物MX₂就是典型的這一類材料。電荷密度波作為一種量子有序態，可以被外部的電場或磁場所調控，因此可以被潛在應用于低維電子器件中。通常塊體和二維單層MX₂材料(例如TaS₂, NbSe₂, TiSe₂等)電荷密度波的強度會發生改變，但其波矢量不會發生變化。然而最近實驗上觀察到二維單層1T-VSe₂的電荷密度波與其塊體的完全不同，并且依賴于不同樣品制備工藝，展現出了豐富的電荷密度波序。實驗報道的不同結果以及物理起源存在著極大的爭議。 

　　為澄清1T-VSe₂電荷密度波的基態以及物理起源，研究人員利用第一性原理計算對其進行了系統的研究。通過電子能帶結構、聲子譜和電聲子耦合的計算和分析，發現對于塊體材料，費米面嵌套和電聲子耦合作用都對其4x4 超結構的電荷密度波的形成具有一定決定作用。然而，對于自由弛豫(無外應力)的二維單層材料，其具有超結構的電荷密度波，并且襯底的拉應力可以穩定該超結構的電荷密度波。然而，襯底的壓應力則可以使其電荷密度波轉變成塊體中的 4x4 超結構形式。此外，費米面的嵌套也不能解釋二維單層材料中電荷密度波的形成，而動量依賴的電聲子耦合作用能夠很好地解釋其形成的原因。通過系統的理論計算研究，其結果為理解1T-VSe₂不同的電荷密度波序以及物理起源提供了支撐。 

    上述工作是由魯文建研究員和孫玉平研究員課題組共同完成的。 

　　該研究得到了國家重點研發計劃項目，國家自然科學基金項目的資助。 

    文章鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.101.235405 

圖1. 塊體1T-VSe₂電子磁化率的實部(左)和虛部(中)及聲子線寬(右)。 

圖2. 二維單層1T-VSe₂中各種電荷密度序的形成能隨應力的演化(左)、聲子譜(中)及聲子線寬(右)。