近日，我校物理科学与技术学院李锋钰教授、王磊研究员联合新加坡国立大学Lei Shen（沈雷）课题组，在二维单元素功能材料量子物性研究领域取得重要突破，解决了二维钼烯的基态结构争议，发掘出其超导电性、应变可控电荷密度波与拓扑金属多重新奇物性，为二维量子功能器件研发提供了优质理论载体。相关研究成果以“Two-Dimensional Molybdenenes: Superconductivity and Strain-Induced Charge Density Wave”为题，发表于国际知名期刊《Nano Letters》https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c03001。内蒙古大学为第一单位，论文第一作者为我校博士生刘荣，李锋钰教授、王磊研究员与新加坡国立大学Lei Shen为共同通讯作者。

二维钼烯是近年来通过微波辐射合成的新型二维单元素材料，但目前该材料的理论体系仍存在核心争议，过往研究提出的四重、六重对称结构均存在动力学不稳定性问题，虽有立方褶皱、六方褶皱（γ-钼烯）等结构模型被相继提出，但科学界对钼烯真实基态原子构型尚无统一定论。基态结构的模糊性，严重制约了科研人员对其本征超导电性、电荷有序相变等核心物理性质的深度探索与精准调控，极大限制了该材料的基础研究与应用落地。

图1. (a) 已有理论解析的钼烯结构的声子色散谱；(b) 两个Mo原子在晶胞中最低能量随面内角度θ的变化；(c) 对应于构型A、B和C的局域最小能量结构，A/B构型对应α-钼烯、C构型对应β-钼烯。

针对上述科学难题，研究团队通过第一性原理计算结合结构搜索来解决这一问题。研究确定了一个稳定的单斜α相和一个亚稳态β相，两者的能量均低于先前报道的稳定褶皱六方γ相。软力学特性解释了实验中观察到的动力学不稳定结构。所有三种钼烯（α、β和γ）均为金属性，并表现出声子介导的超导电性，超导转变温度 Tc 约为5 K。

图2. α-、β-和γ-钼烯的俯视图和侧视图、相应的二维费米面以及能带结构与轨道投影态密度图。

图3. α-、β-和γ-钼烯的声子特性与电声耦合。

研究团队对基态α‑钼烯施加双轴应变以调控其超导性质，发现在 ‑2% 双轴压缩应变下，超导转变温度 Tc 提升至 9.05 K；12% 双轴拉伸应变可诱导产生 2×2 电荷密度波有序相变。

图4. α-钼烯在12% 拉伸应变下应变诱导的2×2电荷密度波相变。

拓扑分析进一步表明α和γ相为拓扑金属。这项研究确立了钼烯作为集超导电性、可调电荷密度波与拓扑特性于一体的本征二维单元素平台。

图5. (a-c) 和 (d-f) 分别为α-钼烯和γ-钼烯的能带结构、拓扑边缘态和不可约表示。

相关研究工作得到了多项基金的支持，主要包括：国家自然科学基金（项目编号：12364038、12574306、12304165）、内蒙古自治区自然科学基金（项目编号：2025MS01017、2026QB016）、内蒙古自治区科学技术研究院产业技术创新项目（项目编号：2023JSYD01002）、内蒙古自治区科技计划项目（项目编号：2023KYPT0012），以及新加坡教育部第二层次基金（项目编号：A-8001872-00-00、A-8004685-00-00）。此外，研究还获得了北京并行超算资源的支持。

（来源：科学技术处      编辑：武涛       审核：李文娟       终审：阿茹娜）