他十幾歲就出國(guó)求學(xué)，本科畢業(yè)于新加坡國(guó)立大學(xué)，博士師從哥倫比亞大學(xué)二維材料領(lǐng)域的先驅(qū)James Hone教授，隨后他以Kavli Fellow的身份加入康奈爾大學(xué)納米科學(xué)領(lǐng)域的鼻祖Paul McEuen院士團(tuán)隊(duì)。
他在海外20余年，貿(mào)易戰(zhàn)開始時(shí)，他放下美國(guó)名校助理教授的職位，毅然回到祖國(guó)。
他30多歲，已經(jīng)發(fā)表10篇Nature, Science 正刊和15篇NS子刊論文。他的論文被累計(jì)引用高達(dá)19000余次，連續(xù)多年被評(píng)為全球“高被引科學(xué)家”。
2013年，他發(fā)明了用單原子層“搭積木”的二維材料“pick-up”轉(zhuǎn)移方法（圖1），開創(chuàng)了二維材料同質(zhì)、異質(zhì)結(jié)這個(gè)科研方向。
圖1. 二維材料pick-up轉(zhuǎn)移法
參考文獻(xiàn)：
https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.1244358
他是王雷。
南京大學(xué)物理學(xué)院、固體微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室引進(jìn)的海外高層次人才。
王雷教授
回國(guó)以來，王雷教授在南京大學(xué)組建了二維材料量子器件實(shí)驗(yàn)室并培養(yǎng)了一批由博士生和碩士生組成的年輕的團(tuán)隊(duì)。去年，王雷教授在Nature Materials首次報(bào)道了在轉(zhuǎn)角二維半導(dǎo)體材料中觀測(cè)到關(guān)聯(lián)絕緣態(tài)【Nature Materials 19,861-866（2020）】。最近，王雷教授在探索轉(zhuǎn)角過渡金屬硫化物中量子相變的臨界行為中又有新的突破，論文在Nature上發(fā)表。
量子相變是物理學(xué)的重要科學(xué)問題之一。近年來，在二維材料莫爾超晶格體系中觀測(cè)到多種關(guān)聯(lián)電子態(tài)，比如超導(dǎo)態(tài)、關(guān)聯(lián)絕緣態(tài)、奇異金屬態(tài)等。電子之間的庫(kù)侖相互作用的強(qiáng)弱以及其相比于電子動(dòng)能的大小是這些關(guān)聯(lián)電子態(tài)出現(xiàn)、消失和在不同的量子態(tài)之間發(fā)生相變的重要因素。比如，可以通過調(diào)節(jié)摻雜的載流子濃度或者改變電子能帶寬度等方法來調(diào)控金屬-絕緣態(tài)相變。然而，在傳統(tǒng)的強(qiáng)關(guān)聯(lián)材料體系中，實(shí)驗(yàn)上對(duì)于量子相變的可調(diào)控的參數(shù)比較有限，參數(shù)可調(diào)控的范圍也較小，這些都限制了對(duì)關(guān)聯(lián)絕緣態(tài)和其附近超導(dǎo)態(tài)或反常金屬態(tài)等量子態(tài)之間相變機(jī)制的研究。
在這篇工作中，南京大學(xué)的王雷教授和美國(guó)哥倫比亞大學(xué)Abhay N.Pasupathy、Cory R. Dean等人制備了高質(zhì)量的轉(zhuǎn)角雙層WSe2器件（tWSe2），利用電學(xué)輸運(yùn)測(cè)試的方法研究了其中的金屬-絕緣態(tài)相變和半填充附近的奇異金屬態(tài)。
在這個(gè)體系中，電子濃度和能帶結(jié)構(gòu)都可以通過外部柵壓精確調(diào)控而不引入額外的無序擾動(dòng)。由于tWSe2中自旋軌道耦合和層間雜化作用較強(qiáng)，以及在半填充處出現(xiàn)的關(guān)聯(lián)絕緣態(tài)，使得其可以作為研究三角晶格單帶哈伯德模型德理想平臺(tái)。延續(xù)之前的工作，王雷教授利用靜電摻雜和電位移場(chǎng)精確將絕緣態(tài)調(diào)控到金屬態(tài)，從而可以在整個(gè)相空間系統(tǒng)性地研究tWSe2輸運(yùn)性質(zhì)。
在該工作中，作者首先利用載流子濃度和電位移場(chǎng)調(diào)控，發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)絕緣態(tài)有良好定義的邊界，測(cè)量熱激活能隙表明這里的帶隙可以連續(xù)平滑變化到零，表明在邊界處發(fā)生的是二級(jí)相變。隨后研究了關(guān)聯(lián)絕緣態(tài)附近摻雜調(diào)控的金屬態(tài)，發(fā)現(xiàn)了電阻隨溫度變化反常的線性行為，然后作者研究了更大摻雜范圍內(nèi)電阻隨溫度變化的相圖（圖2），分析了電阻和溫度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)這樣的量子臨界行為只存在于靠近關(guān)聯(lián)絕緣態(tài)兩邊區(qū)域，并且在高溫下不同于銅氧化物超導(dǎo)體的反常飽和現(xiàn)象，而在低溫下其耗散與普朗克極限相當(dāng)。
為了能夠與非常規(guī)超導(dǎo)體中量子臨界行為對(duì)比，作者進(jìn)一步研究了相變區(qū)域隨磁場(chǎng)變化的關(guān)系，同樣也發(fā)現(xiàn)了隨磁場(chǎng)變化的線性依賴關(guān)系，證明了在量子臨界區(qū)域磁場(chǎng)和溫度對(duì)于決定散射率同等的重要性。
圖2. 轉(zhuǎn)角WSe2樣品中的量子臨界相圖。
a.電阻隨溫度以及摻雜濃度的變化關(guān)系；b.對(duì)a圖中電阻隨溫度變化關(guān)系分類 c.選取的代表性電阻與溫度的變化關(guān)系擬合。
最后作者研究了相圖隨電位移場(chǎng)變化（圖3），剩余電阻的分析表明在絕緣態(tài)中存在強(qiáng)的量子波動(dòng)?？傮w而言，轉(zhuǎn)角WSe2為研究在三角晶格中摻雜以及可控帶隙的金屬-絕緣態(tài)量子相變提供了理想平臺(tái)，為探索自旋液體以及強(qiáng)關(guān)聯(lián)引起的絕緣態(tài)開辟了新的方向。
圖3. 電位移場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的量子臨界行為。
a.在金屬-絕緣態(tài)相變范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)的不同電位移場(chǎng)下的半填充態(tài)處的電阻與溫度的關(guān)系；b.絕緣態(tài)帶隙與載流子濃度以及電位移場(chǎng)的關(guān)系。c. 與b圖中相同的摻雜范圍內(nèi)，線性系數(shù)αL隨電位移場(chǎng)和填充系數(shù)變化關(guān)系。d.不同電位移場(chǎng)下，電阻與溫度的關(guān)系。e.剩余電阻隨摻雜濃度以及電位移場(chǎng)的變化。f.在半填充處，能隙與剩余電阻的關(guān)系。
參考文獻(xiàn)：
AugustoGhiotto et al. Quantum criticality in twisted transition metal dichalcogenides.Nature 2021, 597, 345–349.
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03815-6
