在扭曲的双层MoS2中设计莫尔纹形势能以实现选择性单分子检测

《Nature Communications》：Engineering moiré potentials in twisted bilayer MoS2 for selective single-molecule sensing

　　

摘要

扭曲的双层MoS₂构成了一个量子工程化的传感平台，其中莫尔超晶格能够产生可配置的表面势，以实现分子控制。在本研究中，我们通过调节扭曲角度在双层MoS₂中制造出周期性变化的势场，并利用该势场进行分子捕获和选择性传感。双层MoS₂本身具有的54 meV莫尔势能够将芳香族分子（如罗丹明6G、R6G；亚甲蓝MB）限制在特定的堆叠位置。引入扩展空位后，这种限制作用增强到238 meV，从而提高了分子的吸附效率。扭曲角度的调整使得能带与分子对齐，进而促进电荷转移共振。这种集成的设计——包括莫尔势、缺陷增强型捕获机制以及能带对齐的电荷转移——协同作用，显著增强了拉曼信号强度，实现了高达10^?20 M的单分子检测灵敏度。重要的是，该平台具备分子选择性：罗丹明6G在双层MoS₂扭曲角度为10°和50°时检测效果最佳，而亚甲蓝则在15°和45°时响应明显，这表明扭曲角度能够用于实现分子识别的编码。我们制备的具有扩展空位的扭曲MoS₂为选择性分子传感提供了一个多功能平台。