Molybdenum disulphide is a novel two-dimensional semiconductor with potential applications in electronic and optoelectronic devices. However, the nature of charge transport in back-gated devices still remains elusive as they show much lower mobility than theoretical calculations and native n-type doping. Here we report a study of transport in few-layer molybdenum disulphide, together with transmission electron microscopy and density functional theory. We provide direct evidence that sulphur vacancies exist in molybdenum disulphide, introducing localized donor states inside the bandgap. Under low carrier densities, the transport exhibits nearest-neighbour hopping at high temperatures and variable-range hopping at low temperatures, which can be well explained under Mott formalism. We suggest that the low-carrier-density transport is dominated by hopping via these localized gap states. Our study reveals the important role of short-range surface defects in tailoring the properties and device applications of molybdenum disulphide. There is great interest in molybdenum disulphide for electronic devices but the mechanism of charge transport remains elusive. Qiu et al. find that sulphur vacancies introduce localized donor states within the bandgap, enabling low-carrier-density transport via hopping.

Abstract Semiconducting two-dimensional transition metal dichalcogenides are emerging as top candidates for post-silicon electronics. While most of them exhibit isotropic behaviour, lowering the lattice symmetry could induce anisotropic properties, which are both scientifically interesting and potentially useful. Here we present atomically thin rhenium disulfide (ReS 2 ) flakes with unique distorted 1T structure, which exhibit in-plane anisotropic properties. We fabricated monolayer and few-layer ReS 2 field-effect transistors, which exhibit competitive performance with large current on/off ratios (∼10 7 ) and low subthreshold swings (100 mV per decade). The observed anisotropic ratio along two principle axes reaches 3.1, which is the highest among all known two-dimensional semiconducting materials. Furthermore, we successfully demonstrated an integrated digital inverter with good performance by utilizing two ReS 2 anisotropic field-effect transistors, suggesting the promising implementation of large-scale two-dimensional logic circuits. Our results underscore the unique properties of two-dimensional semiconducting materials with low crystal symmetry for future electronic applications.

Abstract Tungsten ditelluride has attracted intense research interest due to the recent discovery of its large unsaturated magnetoresistance up to 60 T. Motivated by the presence of a small, sensitive Fermi surface of 5 d electronic orbitals, we boost the electronic properties by applying a high pressure, and introduce superconductivity successfully. Superconductivity sharply appears at a pressure of 2.5 GPa, rapidly reaching a maximum critical temperature ( T c ) of 7 K at around 16.8 GPa, followed by a monotonic decrease in T c with increasing pressure, thereby exhibiting the typical dome-shaped superconducting phase. From theoretical calculations, we interpret the low-pressure region of the superconducting dome to an enrichment of the density of states at the Fermi level and attribute the high-pressure decrease in T c to possible structural instability. Thus, tungsten ditelluride may provide a new platform for our understanding of superconductivity phenomena in transition metal dichalcogenides.

Two-dimensional atomic crystals are extensively studied in recent years due to their exciting physics and device applications. However, a molecular counterpart, with scalable processability and competitive device performance, is still challenging. Here, we demonstrate that high-quality few-layer dioctylbenzothienobenzothiophene molecular crystals can be grown on graphene or boron nitride substrate via van der Waals epitaxy, with precisely controlled thickness down to monolayer, large-area single crystal, low process temperature and patterning capability. The crystalline layers are atomically smooth and effectively decoupled from the substrate due to weak van der Waals interactions, affording a pristine interface for high-performance organic transistors. As a result, monolayer dioctylbenzothienobenzothiophene molecular crystal field-effect transistors on boron nitride show record-high carrier mobility up to 10 cm(2) V(-1) s(-1) and aggressively scaled saturation voltage ~1 V. Our work unveils an exciting new class of two-dimensional molecular materials for electronic and optoelectronic applications.

Magnetic topological insulators (MTIs) offer a combination of topologically nontrivial characteristics and magnetic order and show promise in terms of potentially interesting physical phenomena such as the quantum anomalous Hall (QAH) effect and topological axion insulating states. However, the understanding of their properties and potential applications have been limited due to a lack of suitable candidates for MTIs. Here, we grow two-dimensional single crystals of Mn(SbxBi(1-x))2Te4 bulk and exfoliate them into thin flakes in order to search for intrinsic MTIs. We perform angle-resolved photoemission spectroscopy, low-temperature transport measurements, and first-principles calculations to investigate the band structure, transport properties, and magnetism of this family of materials, as well as the evolution of their topological properties. We find that there exists an optimized MTI zone in the Mn(SbxBi(1-x))2Te4 phase diagram, which could possibly host a high-temperature QAH phase, offering a promising avenue for new device applications.

We report the detailed electronic structure of WTe$_2$ by high resolution angle-resolved photoemission spectroscopy. Unlike the simple one electron plus one hole pocket type of Fermi surface topology reported before, we resolved a rather complicated Fermi surface of WTe$_2$. Specifically, there are totally nine Fermi pockets, including one hole pocket at the Brillouin zone center $\Gamma$, and two hole pockets and two electron pockets on each side of $\Gamma$ along the $\Gamma$-$X$ direction. Remarkably, we have observed circular dichroism in our photoemission spectra, which suggests that the orbital angular momentum exhibits a rich texture at various sections of the Fermi surface. As reported previously for topological insulators and Rashiba systems, such a circular dichroism is a signature for spin-orbital coupling (SOC). This is further confirmed by our density functional theory calculations, where the spin texture is qualitatively reproduced as the conjugate consequence of SOC. Since the backscattering processes are directly involved with the resistivity, our data suggest that the SOC and the related spin and orbital angular momentum textures may be considered in the understanding of the anomalous magnetoresistance of WTe$_2$.

Here we report the evidence of the type II Dirac Fermion in the layered crystal PdTe2. The de Haas-van Alphen oscillations find a small Fermi pocket with a cross section of 0.077nm-2 with a nontrivial Berry phase. First-principal calculations reveal that it is originated from the hole pocket of a tilted Dirac cone. Angle Resolved Photoemission Spectroscopy demonstrates a type II Dirac cone featured dispersion. We also suggest PdTe2 is an improved platform to host the topological superconductors.

The trimerized state is an intriguing structure in the superlattice with three unit cells distorted periodically. Here, we report on two kinds of featured phonon modes induced by the trimerization transition in 1T′-TaTe2. One is the almost temperature-independent zone-folded mode, stemming from the collective excitation due to the superlattice formation and the other is the normal mode with the step-like temperature-dependent intensity and frequency, which is the characteristic of the first-order transition of the trimerization. Furthermore, the trimerization can be totally suppressed when Mo-dopant content is less than 6 at. %. Our work not only unveils the featured phonon modes in trimerized system but also provides a pathway to identify the multimerization transition in solids by Raman spectroscopy.