近日，中国人民大学物理学院程志海课题组、季威课题组以及湖南师范大学周伟昌课题组等展开合作，利用扫描隧道显微技术（STM），详细研究了电荷掺杂对1T-TaS₂平带中填充依赖的电子和原子有序态的精细调控机制。研究团队不仅观察到了电子空位、相位畴、手性畴以及交织的相位畴和手性畴等多种电子态的演化，还进一步发现了手性畴界处的环状团簇以及层间手性堆叠导致的向列相电子态等。该研究不仅加深了对该体系平带填充依赖的电子/原子序的理解，也为探索平带关联电子系统中的奇异量子态提供了新的视角。相关研究成果以“Filling-dependent intertwined electronic and atomic orders in the flat-band state of 1T-TaS₂”为题发表在2025年2月19日在线出版的《ACS Nano》上。

过渡金属硫族化合物因其丰富的电子态，如电荷密度波（CDW）、超导、量子自旋液体等，成为了凝聚态物理研究的热点。作为代表性的二维电荷密度波材料，1T-TaS₂可以通过CDW团簇形成平带电子态，且在强电子关联和晶格相互作用的调控下，能够展现出多种奇异量子态。我们通过元素替代的方式进行空穴掺杂，从而调控平带的填充因子以有效调节电子关联效应等，以期可控实现奇异电子态。不同常规基于原子晶格的平带电子态的掺杂调控研究，上述基于CDW的平带电子体系中存在着复杂的电子-电子、电子-原子晶格的相互作用，对其填充依赖的电子、原子有序态的演化机制研究还存在空白。

该团队利用变温STM技术，实空间直接观察到了1T-TaS₂在不同平带填充因子下多种电子、原子有序态的依次出现和演化。随着空穴掺杂导致的平带填充因子的降低，1T-TaS₂从长程有序的CDW结构经过离散型电子空穴，逐渐转变为碎片化的相位畴和手性畴。这来自于空穴掺杂导致的平带电子关联作用减弱，从而降低了电子-原子晶格的相互作用。特别是，在手性畴界和手性层间堆叠区域，还进一步发现了中间环状CDW团簇和向列型CDW态，这些结构的出现归因于该体系电子-电子和电子-原子晶格相互作用的复杂竞争合作关系。

该工作以“Filling-dependent intertwined electronic and atomic orders in the flat-band state of 1T-TaS₂”为题发表在2025年2 月18日在线出版的《ACS Nano》上，共同第一作者为耿燕燕、董皓宇、王人宏。相关研究工作得到了科技部-国家重点研发专项、国家自然科学基金、教育部、中国科学院和中国人民大学资助。

程志海课题组一直致力于发展先进和功能化扫描探针显微技术，并利用其在低维量子材料和表界面物理研究领域开展创新性研究工作。近年来，与合作者一起围绕具有低维笼目晶格材料与关联电子态、磁性拓扑绝缘体、铁电半导体、拓扑自旋结构等开展了研究工作，在超原子晶体的反铁电极化金属态（Phys. Rev. X 12, 041034 (2022)）、表面笼目电子结构（Nat. Commun. 14, 5230 (2023)）、高灵敏光电晶体管（Advanced Functional Materials 32, 2205468 (2022)）、磁性斯格明子操控（NanoLetters 24,13094(2024)）等方面取得了一系列重要成果。