當材料內部的電子相互作用時，會產生新的物理行為，如莫特（Mott）絕緣體行為、非傳統超導行為和量子自旋液體行為。當電子被限制在較低維度（如二維平面）時，這些效應可能會變得更強。受這些觀察結果的啟發，加州大學伯克利分校、勞倫斯·伯克利國家實驗室、斯坦福大學和世界各地其他大學的科學家開展了一項研究，研究了二維1T-TaSe2的獨特行為，其研究成果發表在《自然物理學》上。

指出這種材料中的電子關聯，導致了堅固的莫特絕緣體狀態，並伴隨著不尋常的軌道織構。開展這項研究的研究人員之一邁克爾·F·克洛米（Michael F。Crommie）說：長期以來，人們一直認為三維（3D）材料1T-TaSe2和1T-TaS2表現出由電子-電子相互作用產生的新行為。然而，理解這類材料的一個挑戰是：它們是由二維（2D）層堆疊而成，層之間的耦合使層內發生的事情變得模糊不清。

為了克服這一挑戰，並希望發現新的行為，Crommie和同事們決定將1T-TaSe2的晶體變薄到單層厚度，這樣不同層之間的相互作用就不再是問題了。這將能讓研究人員透過一次向後新增一個層來隔離層間耦合的作用，同時監控材料行為的變化。為了遵循這個遊戲計劃，研究生長了1T-TaSe2的單層和幾層堆疊，並利用掃描隧道顯微鏡（STM）和角度分辨光電發射（ARPES）的實驗技術表徵了內部電子行為。

這使研究人員能夠確定單層1T-TaSe2是一種稱為莫特絕緣體的新型絕緣體，隨著堆疊中新增更多的層，這種行為會透過層間耦合而消失。勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）高階光源（ALS）研究小組的一部分，由物理學家沈志勳和莫成坤領導，用一種稱為分子束外延的方法生長了1T-TaSe2的單層和幾層樣品。這種方法主要包括將原子束中的鉭和硒沉積到襯底上，襯底被加熱以誘導形成原子薄的晶體。

首先使用ARPES對原子薄晶體進行了探測，這是一種將X射線照射到材料上，並測量被踢出電子的能量和動量的方法。然後，樣本被帶到加州大學伯克利分校，研究小組再使用掃描隧道顯微鏡（STM）對其進行了表徵。在掃描隧道顯微鏡中，一根鋒利的金屬針掃描晶體表面，並以不同的能量拉出電子，以便直接成像電子在原子尺度上是如何排列的。這項涉及多個機構團隊的合作研究工作取得了一系列令人振奮的結果。

首先，Crommie和同事們收集的觀察結果確定，單層1T-TaSe2形成了一個新的二維莫特絕緣體系統。其次系統表現出的一些獨特行為，提供了有價值的見解。研究確立了單層1T-TaSe2作為一種新二維莫特絕緣體，這促使這種材料中的電子將自己排列成以前從未見過的新空間圖案或紋理。同時還澄清了1T-TaSe2中層間耦合的作用，並確定這降低了它的絕緣性，減少了電子-電子相互作用的影響。

除了加深目前對1T-TaSe2材料及其性質的理解外，Crommie和同事們收集的這些發現，還可能為發現獨特的新物質狀態鋪平道路。研究人員目前正計劃開展進一步的研究，研究1T-TaSe2材料的其他性質或行為。探索在這種新的二維莫特絕緣體中可能出現物質的其他奇異狀態，例如量子自旋液體狀態和非傳統的超導電性，研究將試圖透過將其融入新的電氣裝置來表徵它並進一步操縱它的特性。

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參考期刊《自然物理學》

DOI： 10。1038/s41567-019-0744-9

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