过渡金属二硫族化物单层中的电子输运、金属-绝缘体转变及 Wigner 结晶

哥伦比亚大学和哈佛大学近期的两项电子输运实验报告了过渡金属二硫族化物（TMD）WSe$_2$ 单层中创纪录的高迁移率和低通道载流子密度 [J. Pack, et al., arXiv:2310.19782; A. Y. Joe, et al., Phys. Rev. Lett. 132, 056303 (2024)]。哥伦比亚大学的样品在低密度下展现了二维（2D）金属-绝缘体转变（MIT），在无无序的理论预期下该区域会形成 Wigner 晶体（WC）。我们采用有限温度玻尔兹曼理论，考虑了实际的无序散射，以理解单层 TMD 的低温输运性质。我们分析了实验结果，重点关注 2D MIT 行为以及温度和密度对金属相中迁移率和电阻率的影响。我们讨论了输运结果中非平庸的载流子密度依赖性。我们的分析阐明了金属相中电阻率的线性温度（$T$）依赖关系，将其归因于与屏蔽带电杂质相关的 Friedel 振荡。此外，我们探讨了库仑无序是否可能通过量子 Anderson 局域化转变或经典逾渗转变导致 MIT。我们对无序诱导的 MIT 临界密度的理论估计值尽管偏小，但与实验临界密度相差不到 2 倍。我们考察了在低密度 MoSe$_2$ 系统中实验观察到的 WC 异常高的约 10 K 的熔化温度，比纯净系统的熔化温度高出一个数量级。这表明观察到的 2D 低密度 MIT 行为可能是无序效应与相互作用驱动的 WC 物理之间复杂相互作用的结果，为 TMD 单层中的低温输运现象提供了全面的理解。