在二维低带隙半导体中，低密度条件下的金属-绝缘体转变

《Nature Communications》：Metal-insulator transition at low densities in a two-dimensional low-bandgap semiconductor

　　

摘要

在低带隙系统中，金属-绝缘体转变是由相互作用、无序状态和能带结构在相近的能量尺度上的相互作用所导致的。二硒化铂由于其电子结构依赖于厚度，为研究这一现象提供了理想的平台——其五层结构接近半金属边界，同时仍保持较小的带隙（约0.1电子伏特）。我们发现，采用六方氮化硼封装的五层PtSe₂器件，结合超平坦的预加工铂电极，在1.5开尔文温度下表现出优异的电子性能：载流子迁移率高达1,640厘米²伏特^?1秒^?1，接触电阻低至1.31千欧姆·微米。这些特性使得在载流子密度低至2.75 × 101?厘米^?2时仍可实现栅极调控的金属-绝缘体转变。在该能量范围内，电子-电子相互作用是主导传输机制的（这一点通过有限温度下的实验结果得到验证）。然而，在50开尔文以下，会出现一个与无序状态相关的新的能量尺度，这与渗透现象相符。这些结果表明，即使在高迁移率器件中，无序状态仍然具有重要影响，从而对二维系统中仅由相互作用驱动的金属-绝缘体转变模型提出了挑战。