近日，我校王磊研究员和李小平研究员，联合中国科学院金属研究所陈星秋研究员在国际著名期刊Nano Letters上发表题为“Intercalating Architecture for the Design of Charge Density Wave in Metallic MA2Z4 Materials ” （Nano Lett. 2024, 24, 11279-11285）的重要研究成果，并被选为内部封面文章。该团队首次引入插层构筑方法用于设计二维材料中的电荷密度波。该研究得到了国家自然科学基金、内蒙古自然科学基金、内蒙古草原英才、内蒙古自治区本级引进高层次人才科研支持项目和内蒙古大学骏马计划高层次人才引进项目的资助。
我校必赢nn699net的王磊研究员为论文的第一作者，王磊研究员、李小平研究员、陈星秋研究员为通讯作者，内蒙古大学为本论文的第一完成单位。
电荷密度波是一种出现在低维材料中的集体量子现象，其特征是在低温下电荷分布的周期性调制。在二维极限下，堆垛和层间原子插层是调节电荷密度波不稳定性的两个关键因素。堆垛利用弱层间范德华相互作用来重构材料的费米面拓扑。相反，层间原子插层涉及将额外的原子无序插入层间空间，形成强化学键。迄今为止，还没有一种方法成功地将电荷密度波不稳定性从一种材料家族复制到另一种材料家族。开发这样的方法将提高对电荷密度波起源的理解，并能够设计出新的电荷密度波材料。
本论文提出了一种在金属MA2Z4材料中诱导与过渡金属硫族化合物中类似电荷密度波的新方法。该方法利用插层结构来保持相同的晶体场和费米面拓扑。研究表明，这些材料中的电荷密度波不稳定性是由d带和纵向声学声子之间的电子-声子耦合引起的，与过渡金属硫族化合物中的电荷密度波有相同的物理起源。通过利用临界电子-声子耦合常数将α-MA2Z4与1H-MX2材料结合，进而构建了半定量的电荷密度波相图。该相图证实了在具有相似晶体场的材料家族中扩展电荷密度波的可行性，并揭示了离子电荷转移和电子关联之间的竞争在电荷密度波不稳定性中的关键作用。研究进一步揭示了具有大卫星图案的β2-NbGe2N4单层中存在应变诱导的莫特转变。这项研究工作强调了插层构筑设计电荷密度波材料的潜力，扩展了对电荷密度波不稳定性和关联物理学的理解。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c02998
主要作者简介：
王磊，我校必赢nn699net研究员，博士生导师。获国家自然科学基金青年必赢nn699net科学基金、内蒙古自然科学基金青年必赢nn699net项目、内蒙古草原英才，内蒙古自治区本级引进高层次人才科研支持。至今，在Science、Nature Communications、National Science Review、Nano Letters、ACS Nano、Physical Review B、Physical Review Materials等国际期刊上发表论文20余篇，被引用1400余次，其中2篇论文入选ESI高被引论文。目前主要研究方向为超导材料和电荷密度波材料的第一性原理设计，磁性拓扑电子材料计算与设计和铁电金属材料计算设计。
李小平，我校必赢nn699net研究员，博士生导师。获国家自然科学基金青年必赢nn699net科学基金和内蒙古自治区本级引进高层次人才科研支持。目前主要研究方向为量子功能材料的理论设计和计算研究。至今，在Physical Review Letters、Physical Review B、Nano Letters等国际期刊上共发表论文20篇。其中，以第一作者或通讯作者的身份，在APS旗下的期刊上发表论文 8 篇。成果包括在物理概念上的创新，如首次提出第三类Weyl半金属的概念，被国内外同行广泛引用；区别于传统的原子绝缘体，提出原子半金属等新颖概念。在拓扑相理论预测方面，预言新的三维双狄拉克节线态、预测二维隐藏的必然简并节线态，并进一步揭示这些新物态的独特物性。目前研究兴趣包括：1. 对称性保护拓扑态的物态分类和物性探究；2. 演生费米子的物性调控和材料设计；3. 二维材料中的层谷效应和非线性输运研究。
