Npj Comput. Mater.: 一维范德华异质结很迷人，但曲率如何改变电子性质太劳神！

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来自中国西湖大学工学院的李文彬教授团队利用第一性原理计算方法，系统研究并阐明了曲率对钼基和钨基过渡金属二硫化物(TMDC) 一维范德华异质结中能带对齐的影响。该研究发现，对于单独的TMDC纳米管，随着纳米管直径的缩小，其导带底能量呈现单调下降的趋势，而价带顶能量先下降再上升。这一现象源自曲率诱导的挠曲电效应以及纳米管周向固有拉伸应变的协同作用。相较于绝大多数TMDC二维范德华异质结所呈现的II型能带对齐，对于TMDC一维范德华异质结，在曲率影响纳米管带边能级的基础上，挠曲电电压导致的管间耦合可使MoSe₂@WS₂, MoTe₂@MoSe₂, 以及MoTe₂@WS₂等多个异质结体系在不同曲率下出现从II型到 I型能带对齐类型的转变，如图2所示。因此，通过曲率的控制，TMDC一维范德华异质结有可能在同一材料体系中实现发光和光探测功能的集成。该研究为理解一维范德华异质结中的能带对齐奠定了重要的理论基础，并为合理设计一维同轴TMDC范德华异质结铺平了道路。

图1：常见的半导体能带对齐类型：跨骑 (I型), 交错 (II型)，以及错层 (III型)。红色和蓝色分别代表半导体材料的导带和价带。

图2：曲率导致的过渡金属二硫化物（TMDC）一维范德华异质结能带对齐类型转变的示意图。当TMDC纳米管的管径（D）减小时，一些异质结体系的能带对齐类型可发生从II型到I型的转变。

Curvature-controlled band alignment transition in 1D van der Waals heterostructures

Shu Zhao, Chunxia Yang, Ziye Zhu, Xiaoping Yao & Wenbin Lig

The effect of curvature on the band alignment of one-dimensional (1D) van der Waals (vdW) transition metal dichalcogenide (TMDC) heterostructures is studied by comprehensive first-principles calculations. We find that, as the diameter of a TMDC nanotube decreases, the combined effect of curvature-induced flexoelectricity and circumferential tensile strain causes a rapid lowering of the conduction band minimum, whereas the valence band maximum exhibits an initial lowering before rising. As individual TMDC nanotubes form coaxial heterostructures, the concerted effect of diameter-dependent band-edge levels and intertube coupling via flexovoltage can result in a transition of intertube band alignment from Type II to Type I in multiple heterostructural systems, including large-diameter MoSe2@WS2, MoTe2@MoSe2, and MoTe2@WS2 heterostructures. These results lay down a foundation for the rational design of 1D vdW heterostructures.