近日，中国科学院合肥物质科学研究院曹亮副教授团队与安徽大学熊益民教授、长春光学精密机械与物理研究所徐海教授合作，在层状过渡金属二硫属化物(TMDs)晶体中引入了额外的平移自由度，从而实现了对其物理性质的微调。

研究成果发表在 《自然通讯》杂志上。

层状莫特绝缘体有助于我们了解莫特绝缘体、电荷密度波和超导体等不同状态是如何联系在一起的。通过改变这些层的堆叠方式以及它们在压力和温度下的行为，科学家可以探索这些关系。一种名为 1T-TaS 2的材料尤其有趣，因为它在冷却时会发生复杂的变化，在低温和高电子密度下表现出不寻常的绝缘行为。然而，即使经过大量研究，这种绝缘状态是莫特绝缘体还是带状绝缘体仍然不清楚。

在这项研究中，研究人员介绍了一种新方法，通过故意引入相邻层的分数错位来操纵层状晶体中的层间耦合强度。这种受控的层间堆叠和耦合揭示了 1T-TaS 2 晶体的二元绝缘性质，显示出 3D 带绝缘态和 2D Mott 绝缘态之间的转变。这一发现对于理解非平衡条件下隐藏状态的起源以及 1T-TaS 2中的异常(例如缺乏长程磁序和超导态的意外出现)具有重要意义。

他们首次展示了层状晶体中相邻层之间的分数晶格平移如何深刻改变电子结构。这一发现引入了额外的平移自由度，从而能够对块状晶体的性质进行微调。与化学掺杂、插层和压力等传统方法不同，这种方法非常简单干净，避免了引入杂质，同时保持了晶体的机械强度和稳定性。

曹良教授表示：“我们将阶梯式结构扩展到具有类似层内刚度和层间滑移结构特征的其他层状晶体，这为研究局限于二维系统的关联态提供了激动人心的机会，类似于降低层状三维材料中的维数。”