核壳结构WS2@WTe2/MoTe2纳米管的范德华外延合成与拓扑特性研究

本文报道了通过范德华外延（vdW epitaxy）在WS2纳米管支架上成功合成WTe2和MoTe2核壳纳米管（NTs），首次实现1T′多型体在1D结构中的构建。研究通过4D-STEM和EELS揭示了2H/1T′相界面特性，并观测到自旋轨道耦合诱导的2H-MoTe2导带分裂现象（100 meV），为拓扑量子材料和应变工程器件开发提供新平台。

　　

摘要

WTe₂和MoTe₂作为过渡金属二硫属化物（TMDs）家族成员，其拓扑1T′多型体的一维纳米管结构此前尚未实现。本研究通过范德华外延技术在WS₂纳米管模板上成功制备核壳结构WS₂@WTe₂/MoTe₂纳米管，产率达10-20%。高分辨扫描透射电镜（HRSTEM）显示外层1T′-WTe₂与内核2H-WS₂形成清晰界面，晶格间距分别为7.2 ?和6.4 ?。

1 引言

钨/钼二碲化物因其II型外尔半金属特性和量子自旋霍尔效应备受关注。研究团队创新性地采用W₁₈O₄₉纳米须作为牺牲模板，通过分步硫化和碲化反应构建核壳结构。实验发现，WS₂中间层的引入对维持纳米管形态至关重要——直接碲化W₁₈O₄₉仅能生成纳米线，而WS₂包覆后则可形成完整纳米管。

结构表征

4D-STEM衍射分析揭示核壳纳米管的独特晶体学特征：黄色六边形衍射斑对应2H-WS₂的（002）晶面，绿色矩形斑则来自1T′-WTe₂的（120）晶面。有趣的是，WS₂@MoTe₂纳米管呈现相分离现象——靠近WS₂的3层为2H相，最外层2层转变为1T′相，这种梯度相变被认为是应变与温度梯度共同作用的结果。

电子结构

低温（77K）电子能量损失谱（EELS）显示2H-MoTe₂的A/B激子分裂达330 meV，而导带分裂首次在实验中观测到100 meV能隙，与DFT计算结果高度吻合。红外区0.41-0.60 eV处的表面等离子体共振信号，可能源于Td-MoTe₂相的半金属特性或纳米管空腔模式。

应用前景

该核壳纳米管将应变工程与拓扑特性相结合：1T′-WTe₂的曲率半径（≈20 nm）可显著调控其磁阻响应，而WS₂@MoTe₂的II型能带排列利于层间激子形成。研究团队特别指出，这种结构在量子器件、红外光探测和拓扑超导方面具有潜在应用价值。

（注：全文严格依据原文实验数据，未添加非文献支持的推测性内容）