1T' MoTe2是一种典型的二维半金属过渡金属硫族材料，具有相转变、超导及磁阻等特性，在新型开关器件和拓扑场效应晶体管领域具有很大的应用前景。结构决定性质，1T' MoTe2是单斜晶体结构的各向异性材料，意味着它在各向异性光学领域，如偏振宽光谱探测器、偏振等离子体激元和非线性光学等方面具有潜在的应用优势。但1T' MoTe2晶体最基本的光学参数仍未被揭示，如复折射率、光学吸收等性质。其一是由于合成形貌、层数以及相可控的1T' MoTe2晶体仍存在挑战，其二是由于1T' MoTe2晶体，尤其是少层晶体非常不稳定，使得材料的结构表征条件极为严苛。

近日，西北工业大学冯晴亮副教授课题组以此为研究背景，采用化学气相沉积法可控的合成了形貌和层数可控的1T' MoTe2晶体，深入研究了其各向异性光学特性，如光学复折射率、光学吸收，并建立了一种无损、快速指认晶向的显微光学成像法，相关工作发表于近期的Small (smll.201903159,, IF=10.856)，并被选为当期的内封面报道文章(, 图1)。光学和原子力显微成像表明所制备的1T' MoTe2晶体表面洁净且晶畴尺寸可达60 μm，具有明显的各向异性生长行为（图2）。透射电子显微镜和选区电子衍射成像表明所制备的MoTe2晶体为1T'相，且为单晶。角分辨偏振拉曼光谱证实了1T' MoTe2晶体的各向异性晶格方向。

图1：封面示意图

在此基础上，作者利用角分辨偏振光学衬度谱研究了1T' MoTe2单晶的各向异性光学吸收性质（图3）。结果表明1T' MoTe2单晶在绿光区域具有最强的各向异性吸收，其次是蓝光区域，而红光区域几乎没有变化。经分析，1T' MoTe2单晶的（010）取向（Mo链）显示出最强的绿光区及蓝光区各向异性吸收，而（100）取向则相反。

图2. 化学气相沉积法生长单晶1T' MoTe2材料

图3. 三层1T' MoTe2晶体的线性二色性

利用第一性原理计算获得了1-3层1T' MoTe2单晶的态密度，探究了其在可见光区域的带内跃迁过程，首次揭示了1T' MoTe2晶体在可见光区550 nm附近的各向异性光学吸收主要是源于Mo原子的dz2轨道和Te原子的px轨道中电子的带内跃迁。

在此基础上，作者利用菲涅尔公式计算了1T' MoTe2多层结构的吸收光谱（图4），结果显示（100）和（010）方向上的折射率在可见光范围内明显不同，证实了1T' MoTe2晶体的光学各向异性。550 nm波长处的消光系数k大于折射率n，证实了1T' MoTe2晶体具有金属特性。该特性使得其有望在可见光区域产生各向异性表面等离子体。

图4. 多层光子结构示意图及光学吸收计算。

最后，作者利用角分辨偏振光学成像法对1T' MoTe2晶体进行了表征（图5），其结果与角分辨偏振光学吸收光谱、偏振拉曼光谱的测量结果相一致，实现了晶格取向的快速、无损鉴定。

图5. 角分辨率偏振光学成像法快速无损指认1T' MoTe2晶体的晶格方向。

这项工作不仅提供了一种快速无损判别各向异性二维材料晶界和晶格取向的方法，也为二维各向异性材料在偏振光学，凝聚态物理和新概念器件方面的理论研究和实际应用奠定了基础。文章的第一作者为西北工业大学2016级硕士研究生朱美洁，西北工业大学的冯晴亮副教授为通讯作者，翟天佑教授和徐华副教授为共同通讯作者。北京大学张锦教授课题组、华中科技大学翟天佑教授课题组、陕西师范大学徐华副教授课题组、西北工业大学陆华副教授等在微区光学测量，结构表征及光学性质计算等方面提供了有力支持。此外，该工作得到了国家自然科学基金、中央高校基础研究基金、陕西省重点研发计划、陕西省自然科学基金的支持。