La transizione metallo-isolante (MIT) guidata da interazioni a molti corpi è un fenomeno importante nella fisica della materia condensata. Attorno ai punti di transizione metallo-isolante emergono sempre fasi esotiche dove le fluttuazioni quantistiche derivano da una competizione tra spin, carica, orbitale, e gradi di libertà reticolari. I materiali bidimensionali (2D) sono una vasta classe di materiali. La loro struttura semplice, bassa dimensionalità, e la densità di portanti altamente sintonizzabile li rendono una piattaforma ideale per esplorare fasi esotiche. Però, le interazioni a molti corpi sono normalmente deboli nella maggior parte dei materiali 2D, quindi, i fenomeni correlati alla correlazione attirano poca attenzione negli studi di materiali 2D per un lungo periodo. Recentemente, le persone hanno scoperto che le interazioni a molti corpi possono essere migliorate nelle eterostrutture 2D o nelle strutture 2D create artificialmente. Fenomeni correlati alla correlazione sono stati riscontrati in molti sistemi interessanti, come LaAlO ₃ /SrTiO ₃ , grafene a doppio strato attorcigliato, eccetera.

Il gruppo di Zhang Yan nell'International Center for Quantum Materials (ICQM) presso l'Università di Pechino riporta la scoperta di una transizione esotica metallo-isolante in un dichalcogenuro 2H-MoTe di metallo di transizione drogato in superficie ₂ utilizzando la spettroscopia fotoelettronica ad angolo risolta ad alta risoluzione (ARPES) e la deposizione di metalli alcalini in superficie in situ. Hanno scoperto che la transizione metallo-isolante potrebbe essere spiegata da una posizione di polaroni dovuta al forte accoppiamento elettrone-fonone che viene potenziato sulla superficie del campione. Questo lavoro intitolato "Transizione metallo-isolante e fase gap emergente nel semiconduttore 2-D drogato in superficie 2H-MoTe ₂ " è stato pubblicato in Lettere di revisione fisica [Fis. Rev. Lett. 126, 106602 (2021)] il 12 marzo 2021. Zhang Yan è l'autore corrispondente e Han Tingting, uno studente di dottorato in ICQM è il primo autore.

Gli esperimenti sono stati condotti in un sistema ARPES autocostruito presso l'Università di Pechino e Beamline BL03U nella Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF). Utilizzando la tecnica della deposizione superficiale, Il gruppo di Zhang Yan ha creato un'interfaccia metallo-semiconduttore 2D tra gli strati superficiale e bulk in 2H-MoTe ₂ . In genere, quando i vettori sono riempiti nelle bande di conduzione di un semiconduttore, il potenziale chimico aumenta e le bande conduttrici si spostano rigidamente verso una maggiore energia di legame. Però, alla superficie di 2H-MoTe ₂ , i ricercatori hanno scoperto che le bande di conduzione subiscono transizioni multiple con il drogaggio del vettore attraverso lo stato metallico, fase interrotta, stato isolante, e cattivo stato metallico. Tale evoluzione della struttura elettronica non può essere spiegata dal cambiamento del potenziale chimico o dalla degradazione della superficie, suggerendo l'esistenza di una transizione esotica metallo-isolante sulla superficie di 2H-MoTe ₂ .

Ulteriori studi hanno scoperto che la superficie di 2H-MoTe ₂ mostra un complicato diagramma di fase, che assomiglia ai diagrammi di fase di una transizione di fase quantistica guidata da interazioni a molti corpi. Nel frattempo, l'analisi spettrale dettagliata risolve l'esistenza di bande di replica che è normalmente vista come un'impronta digitale di un forte accoppiamento elettrone-fonone. In combinazione con la rinormalizzazione energetica osservata degli spettri e l'evoluzione della dispersione della banda, i ricercatori concludono che l'accoppiamento elettrone-fonone è fortemente potenziato sulla superficie di 2H-MoTe ₂ . Gli elettroni sono vestiti da eccitazioni reticolari, formare polaroni. I polaroni quindi si localizzano a causa di impurità o dispersione di disordine, che guida la transizione metallo-isolante osservata.

Questo lavoro dimostra come potrebbe verificarsi una complicata transizione metallo-isolante sulla superficie di un semplice semiconduttore bidimensionale. Da una parte, i risultati evidenziano il 2H-MoTe . drogato in superficie ₂ come un forte materiale candidato per la realizzazione di isolanti polaronici, stato esteso polaronico, e superconduttività ad alta Tc. D'altra parte, gli esperimenti mostrano che la deposizione superficiale di metalli alcalini può migliorare le interazioni a molti corpi nei semiconduttori bidimensionali, che apre un nuovo modo per esplorare i fenomeni correlati alla correlazione nei materiali bidimensionali. Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China, il programma nazionale di ricerca e sviluppo chiave della Cina.