离子液体门控调控提升过渡金属二硫化物同质结室温谷极化性能

《Advanced Materials》：Improvement of Room Temperature Valley Polarization in Transition Metal Dichalcogenides Homojunction via Ionic-Liquid-Gated Modulation

本研究针对过渡金属二硫化物（TMDs）在室温下谷极化度低的关键问题，通过构建双层TMDs同质结并采用离子液体门控（ILG）技术，成功将MoS2/MoS2同质结中A激子（XA）和B激子（XB）的谷极化度分别提升至23%和28%，WS2/WS2同质结提升至16%。进一步通过背栅调控将MoS2同质结室温谷极化度提高至44%-51%，突破了单层MoS2的已有记录。该成果为开发室温工作的谷电子器件提供了创新策略。

　　

由于单层过渡金属二硫化物（TMDs）具有空间反演对称性破缺和强自旋轨道耦合特性，其动量空间中的能谷可以通过圆偏振光进行选择性操控。这一独特性质为谷电子学（valleytronics）应用奠定了基础——信息能够被编码在能谷态中，从而为新一代光电器件和量子器件开辟道路。

本研究成功制备了双层TMDs同质结结构，该结构在保持固有能谷自由度的同时，确保了空间反演对称性的持续破缺。通过采用离子液体门控（ILG）技术，研究人员在室温（300 K）条件下实现了谷极化度（DVP）的显著提升：MoS₂/MoS₂同质结中A激子（X_A）和B激子（X_B）的谷极化度分别从0增加至23%和28%，而WS₂/WS₂同质结也达到了16%的极化水平。

更令人振奋的是，对MoS₂/MoS₂同质结施加背栅电压调控费米能级后，室温谷极化度可进一步提升至44%和51%，这一数值超越了以往报道的单层MoS₂体系的最佳结果。这种增强效应归因于高电子浓度对库仑相互作用屏蔽效应的加强，从而有效抑制了能谷间散射过程。这些发现为在TMDs材料中实现更高程度的谷极化提供了可靠方案，有力推动了可在室温下工作的实用化谷电子器件的研发进程。

（注：作者声明不存在利益冲突）