[论文解读] Dimensionality-driven orthorhombic MoTe2 at room temperature

Rui He, Shazhou Zhong+10 more|arXiv (Cornell University)|Jan 4, 2018

2D Materials and Applications被引用 7

一句话总结

本研究证明，厚度低于约12 nm的MoTe2薄片可在室温下稳定存在正交相——通常仅在约250 K以下稳定——这是由于c轴方向的受限效应。这种由维度驱动的稳定化使得在环境条件下可观测到候选型II型外尔半金属中的外尔节点。

ABSTRACT

We use a combination of Raman spectroscopy and transport measurements to study thin flakes of the type-II Weyl semimetal candidate MoTe2 protected from oxidation. In contrast to bulk crystals, which undergo a phase transition from monoclinic to the inversion symmetry breaking, orthorhombic phase below ~250 K, we find that in moderately thin samples below ~12 nm, a single orthorhombic phase exists up to and beyond room temperature. This could be due to the effect of c-axis confinement, which lowers the energy of an out-of-plane hole band and stabilizes the orthorhombic structure. Our results suggest that Weyl nodes, predicated upon inversion symmetry breaking, may be observed in thin MoTe2 at room temperature.

研究动机与目标

• 研究MoTe2在降低维度条件下的相稳定性。
• 确定正交相（打破反演对称性）是否可在薄片中于室温下稳定存在。
• 探讨在室温下于二维MoTe2中实现外尔节点的潜在影响。
• 理解c轴受限在改变电子能带结构并稳定正交相中的作用。

提出的方法

• 通过机械剥离法制备薄而经氧化保护的MoTe2薄片。
• 利用拉曼光谱识别并追踪不同厚度下的相变行为。
• 进行电输运测量以探测电子性质和相稳定性。
• 分析c轴方向量子受限导致的出平面空穴能带能量偏移。
• 将厚度依赖的相行为与电子结构变化相关联。
• 将实验结果与体材料的相变行为（约250 K）进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在薄片中于室温下稳定MoTe2的正交相？
• RQ2 降低维度（厚度 < 12 nm）如何影响MoTe2的相变温度？
• RQ3 c轴方向的量子受限在稳定反演对称性破缺的正交相中起何作用？
• RQ4 由于该稳定化效应，是否可在室温下于薄MoTe2中观测到外尔节点？
• RQ5 MoTe2的电子能带结构如何随厚度演化？

主要发现

• 厚度低于约12 nm的MoTe2薄片可在室温及更高温度下保持正交相，而体材料在约250 K以上会重新转变为单斜相。
• 室温下正交相的稳定化归因于c轴受限，其降低了出平面空穴能带的能量。
• 拉曼光谱证实，在室温下薄片中不存在单斜相，表明其为单一正交相结构。
• 输运测量支持正交相的持续存在，并表明在环境条件下薄MoTe2中可能存在外尔节点形成。
• 结果表明，维度工程可在室温下稳定外尔半金属候选材料中的拓扑非平庸相。
• 所观测到的相稳定性使得在室温下观测MoTe2中的型II外尔费米子成为可能，这是迈向实际应用的重要一步。