扭曲双层MoS2中极性网络的局部调控与全局重构机制研究

本研究聚焦扭曲双层二硫化钼（MoS2）的极性网络调控难题，通过创新实验设计揭示了局域应变与全局重构的协同作用机制。研究人员利用先进表征技术发现，界面扭转角可定向调控极化畴结构，为二维材料铁电器件设计提供了新范式。该成果发表于《Science Bulletin》，为下一代低功耗电子器件开发奠定了理论基础。

　　

在二维材料研究领域，过渡金属二硫化物（TMDs）因其独特的能带结构和强自旋-轨道耦合效应成为研究热点。其中，二硫化钼（MoS₂）作为典型代表，其双层结构在特定扭转角度下会形成周期性极化畴网络，这种极性网络对新型存储器、传感器设计具有重要意义。然而，现有研究对极化畴的局域调控机制与全局重构规律缺乏系统认知，严重制约了相关器件的性能优化。

针对这一科学难题，由王业亮、黄元和王佳凯等组成的研究团队在《Science Bulletin》发表了突破性成果。研究通过精确控制扭转角度（θ_twist），结合扫描探针显微技术（SPM）和低温电子输运测量，首次揭示了应变梯度与静电势场的耦合效应对极性网络演化的调控规律。实验发现当θ_twist≈5°时，局域应变会诱导形成三重周期超晶格结构，这种重构行为显著增强了面内极化强度（P_in-plane可达15 μC/cm²）。

关键技术方法包括：1）化学气相沉积（CVD）法制备高质量扭转双层MoS_{2样品；2）压电力显微镜（PFM）实现纳米尺度极化表征；3）低温四探针测量系统分析电子输运特性；4）第一性原理计算验证应变-极化耦合机制。}

【研究结果】

1. 扭转角依赖的畴结构演化：通过系统改变θ_twist（0.5°-10°），发现5°附近出现三重对称性莫尔超晶格，原子力显微镜（AFM）相位图显示清晰的三角畴界。

2. 应变梯度诱导极化：压电响应力显微镜显示，畴壁区域存在显著应变集中（ε>2%），伴随面内极化矢量重新取向。

3. 全局能带调控效应：角分辨光电子能谱（ARPES）证实，重构网络导致价带顶出现三重劈裂（ΔE≈150 meV），这种奇异能带结构为谷电子学应用提供了新可能。

【结论与意义】
该研究建立了扭转角-应变-极化的定量关系模型，提出"应变工程"调控极性网络的新范式。理论计算表明，重构网络可显著增强贝里曲率偶极子（Berry curvature dipole），为设计非互易电子器件开辟了新途径。研究成果不仅深化了对二维铁电体本征物性的理解，更为开发基于MoS₂的多功能器件提供了重要理论指导。