作为过渡金属硫族化合物（TMDs）家族的重要成员，碲化钼（MoTe₂）因其层状结构与多晶相特性，在二维材料领域引发持续关注。其物理性质随层数变化呈现差异，这种"层数依赖性"不仅揭示了量子限域效应的微观机制，更为光电子器件、相变存储器及自旋电子学等领域提供了突破性材料平台。

层数调控的晶体结构基础

MoTe₂存在三种主要晶相：2H相（半导体）、1T相（金属）和1T'相（扭曲八面体金属相）。其中，2H相为热力学稳定相，其层状结构由Te-Mo-Te三明治单元通过范德华力堆叠而成。当层数从块体（>10层）缩减至单层时，层间耦合作用减弱，导致能带结构发生根本性转变：块体MoTe₂为间接带隙半导体（带隙约0.8 eV），而单层材料转变为直接带隙半导体（带隙1.1-1.24 eV）。这种相变源于量子限域效应与层间耦合的竞争，使得单层MoTe₂在近红外（NIR）区域展现出良好的光吸收特性。

采用化学气相沉积（CVD）法制备的MoTe₂薄膜，其带隙值介于块体与单层之间，呈现出层数依赖的连续调谐特性。通过控制MoO₃与Te粉的摩尔比及反应温度，可实现层数准确调控，为研究层数-性质关系提供了理想材料体系。

光学性质

吸收光谱与带隙特性

碲化钼的吸收光谱随层数变化而发生变化。单层碲化钼展现出直接带隙特性，其带隙约为1.05 eV。随着层数的增加，带隙逐渐减小，当层数达到约45层时，带隙转变为间接带隙。这种带隙的转变导致其吸收光谱发生红移，即吸收峰向长波长方向移动。

激子特征

碲化钼具有丰富的激子特征，这些激子特征也随层数而变化。多层2H-MoTe₂存在多种激子特征，包括A₁ₛ、B₁ₛ、A′、C、D、E、F和G激子，以及一个与间接带隙相关的特征。这些激子的存在和跃迁特性对碲化钼的光学性质有着重要影响。

二次谐波生成

在光学非线性效应方面，碲化钼展现出的层数依赖性。对于2H相碲化钼，当层数为奇数时，二次谐波生成（SHG）信号较强，而当层数为偶数时，SHG信号则较弱。这种现象源于层数依赖的反演对称性破坏。

光学性质的层数依赖性

光吸收与发射特性

单层MoTe₂在NIR区域（波长800-1200 nm）表现出强烈的光吸收，其光致发光（PL）强度随层数增加呈指数衰减。

非线性光学效应

少层MoTe₂（2-5层）在飞秒激光激发下表现出的三次谐波产生（THG）效应，其转换效率随层数增加呈现非单调变化。这种异常行为源于层间电子态杂化与激子-声子耦合的协同作用，为设计可调谐非线性光学器件提供了新思路。

电学性质

电导与迁移率

碲化钼的电导随层数和温度的变化而表现出不同的特性。少层碲化钼的电导随温度升高而增加，表现出带隙特性。不同相的碲化钼具有不同的电学行为。

磁阻与量子振荡

IT相碲化钼展现出极高的磁阻，高达16,000%，表明其电子和空穴的有效补偿。此外，还观察到Shubnikov-de Haas（SdH）振荡及其拍频特性，这表明多条能带参与载流子输运，可能与Rashba效应形成的自旋带有关。

相变与金属 - 绝缘体转变

碲化钼纳米片还具有依赖于厚度的金属 - 绝缘体相变。这种相变会影响材料的电学性质，使其在不同层数下展现出不同的导电行为。

电学性质的层数调控机制

载流子迁移率与导电性

单层MoTe₂的电子迁移率可达500 cm²/(V·s)，远高于块体材料。这种提升源于两方面：一是量子限域效应导致的有效质量减小；二是层数减少抑制了声子散射。

相变工程与器件应用

MoTe₂的2H相（半导体）与1T'相（金属）可在电场、应力或激光照射下发生可逆相变。

碲化钼的光学与电学性质随层数的变化而呈现出依赖性。这种层数依赖性不仅为碲化钼在光电器件、电子器件和量子器件等领域的应用提供设计空间和潜在价值，还为研究人员深入理解二维材料的物理特性提供了重要的研究对象。