二維過渡金屬硫族化合物（TMDs）憑借原子級厚度、可調電子結構及優異的力學柔性，成為后摩爾時代電子器件的核心候選材料。其中，二維二硫化鉬（MoS?）因本征半導體特性在晶體管、傳感器等領域已展現出應用價值，而其在低溫條件下的金屬 - 絕緣體相變（MIT）現象，更揭開了電子關聯效應與晶格調控的全新研究維度。這一相變機制的深入探索，不僅為理解二維極限下的量子輸運行為提供了典型模型，更為開發高性能量子器件、低溫傳感器等帶來了革命性機遇。

二維 MoS?的晶體結構與電子特性是其相變行為的基礎。單層 MoS?呈現 “三明治” 式層狀結構，鉬原子（Mo）夾在兩層硫原子（S）之間形成六邊形晶格，層間通過弱范德華力結合。在室溫下，本征二維 MoS?為間接帶隙半導體，帶隙寬度約 1.8 eV，電子輸運以熱激活為主，表現出絕緣特性。然而，當維度降至二維極限，電子的量子限制效應、電子 - 電子關聯作用及電子 - 晶格耦合效應被顯著放大，在低溫環境中，這些效應的協同作用可驅動材料電子結構發生根本性轉變，實現從絕緣體到金屬相的躍遷，這一現象與三維塊體 MoS?的物理行為存在本質差異。

低溫下二維 MoS?金屬 - 絕緣體相變的核心機制，主要源于電子關聯與晶格重構的耦合作用。目前學界公認的機制包括兩類：其一為 Mott 相變機制。在二維體系中，電子的局域化程度隨溫度降低而增強，當溫度降至臨界值（通常低于 100 K），電子間庫侖排斥作用主導輸運行為，導致能帶隙打開，材料呈現絕緣態；而通過化學摻雜、電場調控等方式增加載流子濃度，可打破電子局域化，使能帶隙閉合，材料轉變為金屬相。實驗表明，當二維 MoS?的載流子濃度達到 1013 cm?2 量級時，低溫下電阻會出現數量級下降，標志著金屬相的形成。其二為 Peierls 畸變與電荷密度波（CDW）序主導的相變。低溫下二維 MoS?的晶格振動（聲子）被顯著抑制，晶格結構發生周期性重構，形成 CDW 有序相，導致費米面嵌套和能隙打開，表現為絕緣態；而外力應力、激光輻照等可破壞 CDW 序，使晶格恢復對稱，材料回歸金屬相。最新的低溫拉曼光譜研究證實，在 77 K 以下，二維 MoS?的 A?g 振動模式分裂，對應 CDW 序的形成，與電阻突變現象高度同步。

低溫輸運測量與原位表征技術是揭示相變機制的關鍵手段。研究中常用低溫探針臺結合輸運測量系統，通過監測電阻 - 溫度曲線的突變的確定相變臨界溫度，利用霍爾效應分析載流子濃度與遷移率的變化規律。原位低溫透射電子顯微鏡（TEM）可直接觀測相變過程中的晶格結構演變，捕捉 CDW 序的形成與消失；角分辨光電子能譜（ARPES）則能精準表征電子能帶結構的重構，為 Mott 相變或 CDW 機制提供直接證據。此外，低溫原子力顯微鏡（AFM）與拉曼光譜的聯用，可實現對相變過程中晶格應力與電子態變化的同步監測，進一步厘清結構 - 電子性質的關聯。

這一研究方向的突破已展現出明確的應用前景。在量子器件領域，低溫下可調控的金屬 - 絕緣體相變特性，使二維 MoS?有望成為量子開關的核心材料，通過溫度或電場精準調控器件的導通與關斷，其原子級厚度可大幅提升器件集成密度。在低溫傳感器領域，相變過程中電阻的顯著突變特性，可用于構建超高靈敏度的溫度傳感器或輻射探測器，響應速度較傳統器件提升一個量級。此外，相變機制的研究為理解二維體系中的量子關聯效應提供了理想平臺，助力拓撲絕緣體、量子自旋液體等前沿領域的探索。

當前研究仍面臨諸多挑戰：例如多數二維 MoS?的相變臨界溫度偏低（多低于 77 K），限制了室溫應用；相變的可逆性與穩定性需進一步優化；大規模制備過程中材料的均勻性難以控制。未來，通過異質結構筑、界面工程、摻雜調控等策略，有望將相變溫度提升至室溫附近，并增強相變的穩定性與可重復性。低溫下二維 MoS?的金屬 - 絕緣體相變研究，不僅深化了對二維量子體系物理本質的認知，更搭建了基礎研究與器件應用之間的橋梁，為開發下一代低功耗、高集成度電子器件開辟了全新路徑。