范德华铁电材料 α-In$_{2}$Se$_{3}$ 表面的量子限域与电子结构

二维（2D）铁电（FE）材料因其低能耗和高耐久性而成为下一代非易失性存储器的理想化合物。其中，{\alpha}-In$_{2}$Se$_{3}$ 因其面内和面外铁电性而备受关注，其鲁棒性已证明可保持至单层极限。这是一种相对少见的行为，因为大多数块体 FE 材料由于退极化场而在 2D 极限下失去铁电特性。利用角分辨光电子能谱（ARPES），我们揭示了 2H α-In$_{2}$Se$_{3}$ 单晶中出现的另一种不寻常的二维现象，即在真空解理晶体表面出现了高度金属性的二维电子气（2DEG）。该 2DEG 表现出两个受限态，对应于约 10$^{13}$ 电子/cm$^{3}$ 的电子密度，这也被热电测量所证实。ARPES 与密度泛函理论（DFT）计算相结合揭示了等于 1.3 ± 0.1 eV 的直接带隙，其导带底位于布里渊区中心，恰在费米能级之下。如此强的 n 型掺杂进一步支持了电子的量子限域和 2DEG 的形成。