MoS2为代表的一系列二维材料这个是2维材料领域继graphene后的又一大爆发。graphene虽然各种好,但是人家不是半导体。。。所以在transistor device上一直得不到应用,虽然有一些band gap engineering。Novoselov当年发现了graphene,后来又很nb地发现MoS2也可以被exfoliate到级薄的程度。MoS2可是个半导体,这不就有应用了嘛。更厉害的是,人们发现MoS2,以及一系列的类似材料比如WS2,WSe2,在薄到只有单层(所谓单层,是一个S-Mo-S的三明治结构,为MoS2的层状结构单元。MoS2可以看成就是这种三明治结构的叠加。当然随叠加方式不同会有不同类的MoS2。
大家感兴趣的2H型的,就不展开了,会由indirect band gap转变为direct band gap。这个是因为量子束缚效应(quantum confinement)和层间相互作用(inter-layer coupling)的缺失引起的。这个direct band gap首先能提高一系列光学激发的反应时间从而能用于光学device,然后由于带宽更大了从而transistor device的性能更好了。而且,这种能带和MoS2类材料的自旋轨道耦合引发的价带splitting,再由于MoS2的单层是没有inversion center的而发生简并度解除,能够导致valley-spin coupling。具体来说,单层MoS2能带上的两个价带的valley由于自旋轨道耦合split成上下两个带,然后这两个valley的upper band的自旋相反了(具体机制就不详细科普了。之前写的不甚完整而有些misleading,感谢@大米指出。)。相当于说这两个valley被标上号了,类比与transistor的1和0态(不是特别严格的说法),从而可以实现于另一种device,叫valleytronics。西雅图UW可是发大了。