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Atomic Visualization of the 3D Charge Density Wave Stacking in 1T-TaS2 by Cryogenic Transmission Electron Microscopy
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2023-05-09 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00556
Gang Wang 1 , Xixi Yu 1 , Erding Zhao 1 , Daiyue Li 1 , Le Wang 2 , Junhao Lin 1, 3
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2023-05-09 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00556
Gang Wang 1 , Xixi Yu 1 , Erding Zhao 1 , Daiyue Li 1 , Le Wang 2 , Junhao Lin 1, 3
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Charge density waves (CDWs) in 1T-TaS2 maintain 2D ordering by forming periodic in-plane star-of-David (SOD) patterns, while they also intertwined with orbital order in the c axis. Recent theoretical calculations and surface measurements have explored 3D CDW configurations, but interlayer intertwining of a 2D CDW order remains elusive. Here, we investigate the in- and out-of-plane ordering of the commensurate CDW superstructure in a 1T-TaS2 thin flake in real space, using aberration-corrected cryogenic transmission electronic microscopy (cryo-TEM) in low-dose mode, far below the threshold dose for an electron-induced CDW phase transition. By scrutinizing the phase intensity variation of modulated Ta atoms, we visualize the penetrative 3D CDW stacking structure, revealing an intertwining multidomain structure with three types of vertical CDW stacking configurations. Our results provide microstructural evidence for the coexistence of local Mott insulation and metal phases and offer a paradigm for studying the CDW structure and correlation order in condensed-matter physics using cryo-TEM.
中文翻译:
通过低温透射电子显微镜对 1T-TaS2 中的 3D 电荷密度波堆叠进行原子可视化
1T-TaS 2中的电荷密度波 (CDW)通过形成周期性面内大卫之星 (SOD) 图案来维持二维有序,同时它们还与c轴上的轨道顺序交织在一起。最近的理论计算和表面测量探索了 3D CDW 配置,但 2D CDW 阶的层间交织仍然难以捉摸。在这里,我们研究了 1T-TaS 2中相应的 CDW 超结构的面内和面外排序现实空间中的薄片,在低剂量模式下使用像差校正低温透射电子显微镜 (cryo-TEM),远低于电子诱导 CDW 相变的阈值剂量。通过仔细检查调制 Ta 原子的相强度变化,我们可视化了穿透性 3D CDW 堆叠结构,揭示了具有三种垂直 CDW 堆叠配置的交织多域结构。我们的结果为局部莫特绝缘体和金属相共存提供了微观结构证据,并为使用低温透射电镜研究凝聚态物理学中的 CDW 结构和相关阶提供了范例。
更新日期:2023-05-09
中文翻译:

通过低温透射电子显微镜对 1T-TaS2 中的 3D 电荷密度波堆叠进行原子可视化
1T-TaS 2中的电荷密度波 (CDW)通过形成周期性面内大卫之星 (SOD) 图案来维持二维有序,同时它们还与c轴上的轨道顺序交织在一起。最近的理论计算和表面测量探索了 3D CDW 配置,但 2D CDW 阶的层间交织仍然难以捉摸。在这里,我们研究了 1T-TaS 2中相应的 CDW 超结构的面内和面外排序现实空间中的薄片,在低剂量模式下使用像差校正低温透射电子显微镜 (cryo-TEM),远低于电子诱导 CDW 相变的阈值剂量。通过仔细检查调制 Ta 原子的相强度变化,我们可视化了穿透性 3D CDW 堆叠结构,揭示了具有三种垂直 CDW 堆叠配置的交织多域结构。我们的结果为局部莫特绝缘体和金属相共存提供了微观结构证据,并为使用低温透射电镜研究凝聚态物理学中的 CDW 结构和相关阶提供了范例。