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清华大学魏飞教授团队 Nat. Commun.: 化学驱动自加压碳纳米管内扁平化的超小型单层NbSe₂纳米管

时间：2024-01-17 来源：浏览：

清华大学魏飞教授团队 Nat. Commun.: 化学驱动自加压碳纳米管内扁平化的超小型单层NbSe₂纳米管

化学与材料科学

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2024年1月11日， Nat. Commun .在线发表了 清华大学魏飞教授和陈晓助理研究员课题组 的研究论文，题目为" Ultrasmall single-layered NbS e ₂ nanotubes flattened within a chemical-driven self-pressurized carbon nanotube " 。

低维材料由于其独特的电学、光学和力学性质而引起了广泛的实验和理论研究，这些性质与它们的体相截然不同。受尺寸限域，二维材料中的电子被捕获在一个平面内，从而产生与层数关联的能带结构。电子在一维内的进一步限域导致了集体费米子态的出现，这被称为“Luttinger液体（LL）”。

压力可以改变原子间距离及其静电相互作用，对电子轨道和成键模式产生深远的影响。传统的压力工程依赖于外源的压缩，这在精确地对单个分子施加压力方面提出了重大挑战，同时也消耗了大量的机械能。

在此研究中，报道了 超小型单层NbS e ₂ 扁平管 （< 2.31 nm），这是在碳纳米管（CNTs）内NbSe ₃ 的去硒化过程中通过自加压产生的。由于 碳纳米管之间的内力（4-17 GPa）比剪切强度大3个数量级 ，因此扁平管被锁住以防止滑移。电输运测量表明， 碳纳米管内的大压力导致分子间电子关联性增强 。严格一维的NbS e ₂ 扁管具有Luttinger液体态，显示出 比纯碳纳米管（ α _CNT ≈ 0.22 ）更高的隧穿指数 α _NbSe2@CNT ≈ 0.32 。

图1. 单层扁平 NbS e ₂ 纳米管封装在碳纳米管内的原子结构

图2. 碳纳米管的压力评估和由此产生的 NbS e ₂ 扁平管的晶格变形

图3. 扁平 NbS e ₂ 纳米管的能量稳定性

图4. 扁平 NbS e ₂ @CNT异质管的电子性质

魏飞教授课题组发现该体系巨大的内部压力会改变非键相互作用。实验测得的NbSe ₂ 扁管最外层Se原子与CNT的间距比理论值缩短12.5-30.0%，导致了指数级增长的范德华相互作用。电学测试结果展示，NbSe ₂ @CNT具有类似于CNT的拉廷格液体行为，但其在2-10 K下的隧穿指数为0.32，显著高于CNT和NbSe ₃ @CNT，证明该体系中极强的电子-电子相互作用。

这项研究工作提出了一种新的自加压化学方法，用于产生新的材料构型和调节电子相互作用。

原文链接

https://doi.org/10.1038/s41467-023-44677-y

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