过渡金属二硫化物（TMDs）因其在量子现象、超导以及拓扑性质等领域的潜力，成为近年来材料科学的研究热点。然而，目前对TMDs特性的调控主要集中在阳离子插层、外加压力以及层状剥离上，而对阴离子插层的研究鲜有突破。中国地质大学（北京）数理学院孙瑞锦副教授成功开发了一种拓扑化学方法，首次在二维TMDs材料中实现了硫离子的插层，并诱导出空穴掺杂效应。这一创新方法显著扩展了TMDs材料的特性调控手段，为探索新型量子现象提供了全新路径。

研究团队以2M-WS？为研究对象，通过拓扑化学反应，将前驱体K？.？WS？中的钾离子替换为硫离子，成功合成出硫插层的2M-WS？单晶（化学式S？.？？WS？）。该晶体在6.5 K下表现出超导性，成为首个实现阴离子插层的TMD材料。团队利用单晶X射线衍射、X射线光电子能谱（XPS）和电输运性能测试，系统验证了硫插层的成功以及空穴掺杂对材料超导特性的影响。研究发现，硫插层不仅增加了空穴载流子浓度，还改变了费米面结构，导致超导临界温度从9 K降低至6.5 K。

该研究表明，阴离子插层是调控TMDs电子结构的重要手段，不仅能够拓宽其在超导、量子计算以及拓扑材料等领域的应用前景，还为其它层状材料的研究提供了新思路。这一工作不仅为二维材料的调控开辟了新途径，还为探索新型量子现象提供了可能。

图1.  S？.？？WS？结构示意图

图2.  S？.？？WS？中空穴掺杂诱导的超导电性

本研究成果发表在化学领域知名期刊《Chemical Communications》上，题目为“Topochemical Synthesis of Anion-Intercalated Transition Metal Dichalcogenide Superconductor S？.？？WS？”，并获得了国家自然科学基金、中央直属高校基本业务费等项目的资助。

论文信息：R. Sun, H. Li, D. Zhang, et al. Topochemical Synthesis of Anion-Intercalated Transition Metal Dichalcogenide Superconductor S？.？？WS？. Chem. Commun., 2024, Advance Article。

全文链接：https://doi.org/10.1039/d4cc05514d