英文原题：Tuning the Electronic Structure in the MoS2/SrTiO3 Heterojunction via Phase Evolution of the SrTiO3 Substrate
通讯作者：邵翔、乔振华、崔胜涛（中国科学技术大学）
作者：Chenxi Huang, Zeyu Li, Jiefu Zhang, Shengtao Cui*, Jun Fu, Yue Xing, JingJing Wang, Zhe Sun, Hualing Zeng, Zhenhua Qiao*, Xiang Shao*
过渡金属二硫属化物（TMDCs）/SrTiO3异质结中的电荷转移、电声耦合以及晶格相互作用使其成为极其吸引人的研究平台，在下一代二维电子器件、铁电材料开发以及亚稳态相材料研发等方面展示了极大潜力。而在基础科学研究与应用领域，该体系发挥更大作用的一个核心挑战在于能否以可控且均匀的方式调节其电子结构。
针对此问题，中国科学技术大学邵翔教授、乔振华教授联合孙喆教授、曾华凌教授团队瞄准典型的MoS2/SrTiO3异质体系，通过CVD法构筑高质量模型样品，结合理论计算与扫描隧道显微技术（STM&STS）、紫外光电子能谱（ARPES）、变温光电子能谱（PES）等实验上的认证，提出并验证了将温度触发的SrTiO3相变作为调控MoS2/SrTiO3异质体系电子结构的策略。该方法通过异质结界面传导，形成了针对该体系均匀的电子结构调控方法。这种方法利用温度依赖的衬底相变作为自由度，有望为TMDC/SrTiO3界面实现电子结构的控制提供一种可靠且均匀的策略，可能为二维材料体系中稳定、可调的电子结构设计提供一条路径。
图1. MoS2/SrTiO3在衬底分别处于立方相和四方相下的理论电子结构。
研究人员首先通过理论计算获得了衬底分别是立方相和四方相时MoS2/SrTiO3复合体系的电子结构，发现MoS2/SrTiO3复合体系在衬底由四方相转换为立方相时，带隙表现出明显的缩小（图1）。通过CVD构筑MoS2/Nb:SrTiO3模型样品，并相继开展STM/STS（图2）、ARPES（图3）的测试研究，相关结论与计算结果相互吻合。这些结果结合变温PES谱学表征（图4），显示了MoS2/SrTiO3复合体系在温度演化过程中的电子结构变化，这种电子结构变化不同于常规的热涨落引发的半导体带隙变化，与温度引导的SrTiO3相变紧密相关，并通过界面产生影响。
图2. 原子力和扫描隧道显微镜对MoS2/SrTiO3异质结的表征结果。
图3. MoS2/SrTiO3异质结的ARPES测试表征。
图4. MoS2/SrTiO3异质结中温度依赖的价带分析。
总结
SrTiO3的相变能够对MoS2/SrTiO3异质结构中的带隙产生显著的调节作用。这种由温度-衬底相变联动引起的电子结构调控效果源于SrTiO3的固有特性，且通过与MoS2的界面耦合而有所增强。此策略呈现出一种类似于“近邻效应”的特征，在温度驱动的衬底相变下引发了复合体系带隙的两段式变化进程。由此产生的异常带隙缩放不同于半导体中的常规热响应，展示了一种可靠且空间均匀的电子结构调控手段。
中国科学技术大学特任副研究员黄辰曦、李泽宇和已毕业的张杰夫博士为论文的共同第一作者，邵翔教授、乔振华教授、崔胜涛副研究员为论文的通讯作者。相关成果获得了国家自然科学基金等项目的支持，发表于期刊ACS Nano。
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Tuning the Electronic Structure in the MoS2/SrTiO3 Heterojunction via Phase Evolution of the SrTiO3 Substrate
Chenxi Huang, Zeyu Li, Jiefu Zhang, Shengtao Cui*, Jun Fu, Yue Xing, JingJing Wang, Zhe Sun, Hualing Zeng, Zhenhua Qiao*, Xiang Shao*
ACS Nano 2025, XXXX, XXX, XXX-XXX
https://doi.org/10.1021/acsnano.5c10890
Published September 11, 2025
© 2025 American Chemical Society
（本稿件来自ACS Publications）