【儀表網 儀表研發】中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心與安徽大學量子材料與物理研究所等合作利用低溫強磁場掃描隧道顯微鏡/譜儀(STM/STS)對一種典型的過渡金屬硫族元素化合物2H-NbSe2及其微量Ta摻雜單晶樣品進行探測研究，研究人員通過對該體系的高分辨隧道譜測量和理論分析，證實了該體系存在非彈性電子隧穿過程，從而在原子尺度上指認出系統的電聲子耦合譜函數。相關研究于3月13日發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)。
 

　　過渡金屬硫族化合物(TMD)是二維材料的重要分支，具有可調的本征帶隙、谷自由度等特性，在電學、光學、自旋電子學等器件領域具有巨大的應用前景。2H-NbSe2是一種典型的TMD材料，作為電荷密度波(CDW)與超導共存體系的代表，它也是被STM研究廣泛的材料之一。近30年以來，該體系隧道譜上±35mV處拐點的起因一直困擾著該領域的研究者，也成為理解電荷密度波機制的障礙。
 

　　聲子是固體材料集體元激發典型的代表，描述的是量子化的原子集體運動的簡諧振子。材料的熱學性質、電學性質，甚至超導和電荷密度波都與聲子尤其是電子-聲子作用密切相關。當材料中存在比較強的電子-聲子相互作用時，STM針尖與樣品之間有可能發生非彈性電子隧穿過程，即隨著隧道偏壓的增大，電子具有足夠的能量后可以通過激發材料中的聲子而降低能量，打開新的隧穿通道，導致隧穿幾率增大，表現為隧道結IV曲線上出現斜率的突然增大，相應地，dI/dV曲線上出現一個臺階，二次微分d2I/dV2曲線上出現一個峰的特征(在負偏壓則為谷)。
 

　　聯合研究團隊在生長出優質2H-NbSe2及其微量Ta摻雜單晶樣品后，通過低溫強磁場STM/STS進行了高分辨的隧道譜測量，發現其隧道譜在±35mV以內存在復雜的精細結構。
 

　　理論研究表明，二次微分曲線與電聲子耦合譜函數α2F(ω)近似成正比，因此，這種基于STM的非彈性電子隧穿譜(IETS)方法可以用于原子尺度上電聲子耦合的研究。但是，由于實驗上對高分辨率的要求和材料本身的特性限制，目前成功的案例局限于十分有限的固體材料，比如石墨或石墨烯、金屬銅等。
 

　　隨后，科研人員通過計算電聲子耦合譜函數提出一個簡明的理論模型。模型計算和分析證實這些精細特征(包括令人困惑的±35mV拐點)來自于非彈性電子隧穿過程，排除了多年以來±35mV處拐點是CDW能隙的錯誤解釋。