Nature Communications报道我院高压实验室在层状材料中发现的巨压阻效应

3月18日，威尼斯wnsr9778高压物理实验室青年教师唐玲云博士和毛忠泉副教授及其合作者在《自然通讯》（Nature communications）在线发表了题为“Giant piezoresistivity in a van der Waals material induced by intralayer atomic motions”的研究论文，报道了目前在范德华晶体材料中发现的最高的压阻效应和新的物理应力机制。唐玲云博士和毛忠泉副教授为论文共同第一作者，威尼斯wnsr9778为第一单位。

图1 论文截图

范德华层状晶体是一类由于范德华间隙中没有强的化学键而只通过层间弱的范德华分子力耦合的材料。通过调节层间距，可以诱导出现许多重要的物理现象，如超导电性、量子反常霍尔效应和层间激子凝聚等。给范德华晶体施加压力是一种非常高效而清洁的调节层间距的技术。以往人们普遍认为压力对范德华晶体物性的影响源自两种物理机制：晶格收缩的各向异性和层间滑移。

研究团队在对层状半导体范德华晶体β´-In₂Se₃的压力实验研究中发现，只需1.2Gpa的压力（压强），就能使这种材料的电阻率迅速下降6个数量级，从而可以获得高达-5.33 Gpa^-1的压阻系数，这比商用的硅基压阻材料要高出近25倍，这也是目前报道的范德华层状晶体中压阻系数最大的材料（图2）。由于β´-In₂Se₃层状晶体非常易于通过机械剥离而形成二维或准二维的薄膜结构，因此β´-In₂Se₃有望在未来的机器人和电子皮肤中得到深入的应用。

图2 论文截图：β´-In₂Se₃的巨压阻效应

更重要的是，研究团队发现β´-In₂Se₃中的巨压阻效应与压力下晶体发生的半导体到半金属转变，以及线性二色性消失存在非常强的关联（图3）。线性二色性在压力下消失是β´-In₂Se₃中间层Se原子向高对称位置移动的重要标志。通过第一性原理计算，研究团队证实了β´-In₂Se₃的巨压阻效应就是源自于中间层Se原子在层内向高对称位置移动导致的带隙闭合，而不是来源于通常认为的压力诱导的晶收缩的各向异性或者层间滑移。

图3 论文截图：线性二色性随压力的演化

因此，本研究意义在于研究团队不仅发现了一种具有优异压阻性能的范德华层状材料，而且还揭示了操控范德华层状材料电子结构的新的自由度和物理机制。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37239-9