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通过生长控制量子材料:过渡金属二硫属化物的热力学、动力学与缺陷工程

材料科学 2026-05-19 v1 强关联电子

摘要

过渡金属二硫属化物展现出广泛的半导体、金属、关联和拓扑电子态,这些电子态源于晶格结构、维度与电子自由度之间的强耦合。在这些材料中,晶体生长不仅仅是一个制备步骤,而是确立化学势、缺陷种群、多型稳定性及亚稳相可达性的热力学边界条件。因此,合成决定了集体电子行为赖以涌现的结构和缺陷图景。在本综述中,我们构建了一个统一的热力学和动力学框架,将生长条件与相稳定性、缺陷能量学和微观结构联系起来。我们探讨了化学势约束如何定义稳定性窗口,过饱和和质量输运机制如何控制成核和形貌,以及非平衡路径如何实现动力学捕获和多型体选择。体块和薄膜合成方法,包括化学气相输运、助熔剂生长、物理气相输运、溶剂辅助结晶、化学气相沉积和分子束外延,被置于一个共同的热力学和动力学图谱中,以阐明不同的生长机制如何产生特征性的无序分布和结构相。通过将合成变量与电荷密度波序、超导性、能带拓扑和关联效应明确联系起来,本综述确立了晶体生长作为决定实验中实现的有效电子哈密顿量的核心参数。这一视角为提高可重复性和指导层状材料中涌现量子相的确定性控制提供了一个具有物理基础的框架。

关键词

引用

@article{arxiv.2604.19110,
  title  = {Controlling Quantum Materials by Growth: Thermodynamics, Kinetics, and Defect Engineering in Transition Metal Dichalcogenides},
  author = {Anzar Ali and Md Ezaz Hasan Khan and Mahmoud Abdel-Hafiez},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2604.19110},
  year   = {2026}
}

备注

20 pages, 7 figures