前沿｜南京大学李绍春课题组在VTe2单层中观测到电子强关联效应

电子强关联效应在凝聚态物理中扮演着十分重要的角色，可以衍生出丰富的物理现象，比如高温超导、莫特绝缘体和量子自旋液体等。作为过渡金属硫族化合物（TMD），1T-   的大卫星结构CDW态具有√13×√13的周期，是一个典型的莫特绝缘体。近年来，二维极限下的单层1T-   、1T-   和1T-   均被发现具有电子强关联效应，而这些材料的共同特点是在低温下具有√13×√13周期大卫星结构的CDW相变。普遍认为，大卫星结构是TMD单层材料中产生强关联效应的关键。每个大卫星结构包含13（奇数）个金属d电子，其中12个d电子形成六个完全占据的能带，剩余的单个d电子在费米能级附近形成半填充的窄带，从而显著增强了电子强关联效应并打开莫特能隙。

然而，对于同一族的钒（V）元素来说，它的TMD单层   在低温下发生2√3×2√3 周期的CDW相变。与大卫星结构不同的是，   -2√3×2√3的单胞内含有偶数（12）个V原子, 因此不满足普遍认为的产生强关联效应的条件。目前为止，对3d轨道的钒元素TMD化合物尚未有关于强关联物态的报道。

李绍春课题组利用范德华外延技术成功制备出   单层，并证实了2√3×2√3 的CDW相变。通过高分辨的扫描隧道显微谱学表征结合密度泛函理论（DFT）计算，他们发现该体系的CDW态伴随着Te-Te和V-V的原子聚集现象，原子间距缩短了~4%并形成 “二聚体”结构（如图1所示）；在电子结构上费米能级处存在一个大小为~40 mV的能隙（如图2所示）。通过表面电荷掺杂（如图3所示）实现了该体系的金属化过程，并观测到与强关联能隙一致的谱权重转移行为，表明费米能级处的能隙为强关联能隙。他们进一步发现，强关联能隙的形成来自于CDW态的原子聚集和库伦相互作用能U的共同作用，二者缺一不可（如图4所示）。研究结果表明大卫星结构并不是唯一产生强关联效应的结构。在其它CDW周期的TMD单层中，通过不同的物理机制也可以产生强关联效应并打开莫特能隙。该工作为寻找新的强关联材料提供了新思路。