二维过渡金属硫族化合物（TMDs）凭借原子级厚度、可调电子结构及优异的力学柔性，成为后摩尔时代电子器件的核心候选材料。其中，二维二硫化钼（MoS₂）因本征半导体特性在晶体管、传感器等领域已展现出应用价值，而其在低温条件下的金属 - 绝缘体相变（MIT）现象，更揭开了电子关联效应与晶格调控的全新研究维度。这一相变机制的深入探索，不仅为理解二维极限下的量子输运行为提供了典型模型，更为开发高性能量子器件、低温传感器等带来了革命性机遇。

二维 MoS₂的晶体结构与电子特性是其相变行为的基础。单层 MoS₂呈现 “三明治” 式层状结构，钼原子（Mo）夹在两层硫原子（S）之间形成六边形晶格，层间通过弱范德华力结合。在室温下，本征二维 MoS₂为间接带隙半导体，带隙宽度约 1.8 eV，电子输运以热激活为主，表现出绝缘特性。然而，当维度降至二维极限，电子的量子限制效应、电子 - 电子关联作用及电子 - 晶格耦合效应被显著放大，在低温环境中，这些效应的协同作用可驱动材料电子结构发生根本性转变，实现从绝缘体到金属相的跃迁，这一现象与三维块体 MoS₂的物理行为存在本质差异。

低温下二维 MoS₂金属 - 绝缘体相变的核心机制，主要源于电子关联与晶格重构的耦合作用。目前学界公认的机制包括两类：其一为 Mott 相变机制。在二维体系中，电子的局域化程度随温度降低而增强，当温度降至临界值（通常低于 100 K），电子间库仑排斥作用主导输运行为，导致能带隙打开，材料呈现绝缘态；而通过化学掺杂、电场调控等方式增加载流子浓度，可打破电子局域化，使能带隙闭合，材料转变为金属相。实验表明，当二维 MoS₂的载流子浓度达到 10¹³ cm⁻² 量级时，低温下电阻会出现数量级下降，标志着金属相的形成。其二为 Peierls 畸变与电荷密度波（CDW）序主导的相变。低温下二维 MoS₂的晶格振动（声子）被显著抑制，晶格结构发生周期性重构，形成 CDW 有序相，导致费米面嵌套和能隙打开，表现为绝缘态；而外力应力、激光辐照等可破坏 CDW 序，使晶格恢复对称，材料回归金属相。最新的低温拉曼光谱研究证实，在 77 K 以下，二维 MoS₂的 A₁g 振动模式分裂，对应 CDW 序的形成，与电阻突变现象高度同步。

低温输运测量与原位表征技术是揭示相变机制的关键手段。研究中常用低温探针台结合输运测量系统，通过监测电阻 - 温度曲线的突变的确定相变临界温度，利用霍尔效应分析载流子浓度与迁移率的变化规律。原位低温透射电子显微镜（TEM）可直接观测相变过程中的晶格结构演变，捕捉 CDW 序的形成与消失；角分辨光电子能谱（ARPES）则能精准表征电子能带结构的重构，为 Mott 相变或 CDW 机制提供直接证据。此外，低温原子力显微镜（AFM）与拉曼光谱的联用，可实现对相变过程中晶格应力与电子态变化的同步监测，进一步厘清结构 - 电子性质的关联。

这一研究方向的突破已展现出明确的应用前景。在量子器件领域，低温下可调控的金属 - 绝缘体相变特性，使二维 MoS₂有望成为量子开关的核心材料，通过温度或电场精准调控器件的导通与关断，其原子级厚度可大幅提升器件集成密度。在低温传感器领域，相变过程中电阻的显著突变特性，可用于构建超高灵敏度的温度传感器或辐射探测器，响应速度较传统器件提升一个量级。此外，相变机制的研究为理解二维体系中的量子关联效应提供了理想平台，助力拓扑绝缘体、量子自旋液体等前沿领域的探索。

当前研究仍面临诸多挑战：例如多数二维 MoS₂的相变临界温度偏低（多低于 77 K），限制了室温应用；相变的可逆性与稳定性需进一步优化；大规模制备过程中材料的均匀性难以控制。未来，通过异质结构筑、界面工程、掺杂调控等策略，有望将相变温度提升至室温附近，并增强相变的稳定性与可重复性。低温下二维 MoS₂的金属 - 绝缘体相变研究，不仅深化了对二维量子体系物理本质的认知，更搭建了基础研究与器件应用之间的桥梁，为开发下一代低功耗、高集成度电子器件开辟了全新路径。