段曦東教授團隊在原子層二維金屬範德華外延生長等研究上取得重要進展(圖文)

最近，由于特殊的物理性質（例如電荷密度波，磁性和超導性），二維（2D）金屬過渡金屬二硫化物（MTMD）引起了學術界的廣泛的關注。盡管學術界最近有一些進展，合成單層厚度的超薄2D-MTMD納米片仍然是一個重大挑戰。這與2D半導體相對容易合成單層的情況形成鮮明對比。因此，合成單層等超薄2D-MTMD納米片具有重要的意義。我校2003网站太阳集团段曦東教授領銜的團隊緻力于化學氣相沉積可控合成金屬過渡金屬二硫化物二維材料取得了系列重要進展。

圖片說明：在原子級平面2D WSe₂或WS₂範德華外延原子級薄的2D金屬MTe₂（M = V，Nb，Ta）單晶納米片

日前，段曦東團隊選擇無懸空健的2D WSe₂或WS₂作為金屬過渡金屬二硫化物的生長基底。與在相同條件下傳統有懸空健的SiO₂/Si襯底上生長的對比表明，使用無懸空鍵的WSe₂或WS₂作為範德華外延襯底對于成功實現原子級薄金屬過渡金屬二硫化物，如MTe₂（M = V，Nb,Ta）納米片是至關重要的。實驗與分析表明生長前驅體原子、分子與基底的範德華作用力促使材料橫向生長而不是垂直方向生長，最終更有利于形成超薄的二維材料。科研團隊最終實現了原子級薄的2D金屬MTe₂（M = V，Nb，Ta）單晶的合成，其厚度低至單層，并且形成原子級薄的MTe₂/WSe₂（WS₂）垂直異質結生長。實驗進一步研究表明，外延生長的2D金屬可以用作2D半導體器件的範德華接觸電極，這種電極幾乎沒有傳統工藝的界面損壞等問題，改善了半導體的電子學性能。此研究為超薄2D-MTMD定義了一種穩健的範德華外延路徑，這對于2D限制下這類新材料的基礎研究和潛在技術的研究具有至關重要的意義。該成果以“van der Waals Epitaxial Growth of Atomically Thin Two-Dimensional Metals on Dangling-Bond-Free WSe₂ and WS₂”的研究論文發表在材料領域頂級期刊《先進功能材料》（Advanced Function Materials，影響因子為13.3）。2003网站太阳集团段曦東教授為通訊作者，博士研究生吳瑞霞為第一作者。

另外，研究團隊還首次使用化學氣相沉積合成了高質量的CoTe₂單晶納米片，通過電學測試表明CoTe₂單晶納米片具有超高電導率和擊穿電流密度。最近層狀金屬過渡金屬硫化物CoTe₂被報道可以作為高效的電催化劑，并且具有低的過電位和Tafel斜率。另外，CoTe₂被報道在90K以上具有順磁性。然而，目前對超薄CoTe₂單晶的合成和厚度可調的電學性質方面的研究卻非常稀少。該團隊實驗結果表明通過降低生長溫度和增大載氣的流量得到的CoTe₂納米片的厚度和形貌會發生系統地變化，由多數為厚的六邊形區域變為薄的三角形區域。X射線衍射及高分辨透射電鏡結果證明了合成得到的CoTe₂納米片為高質量的單晶納米片。此外，通過電學測試表明CoTe₂單晶納米片是具有超高電導率和擊穿電流密度。CVD生長的二維超薄碲化钴單晶納米片不僅豐富了二維家族，也可能為金屬過渡金屬硫化物在原子規模上應用研究提供了平台。相關研究成果以“Chemical Vapor Deposition Growth of Single Crystalline CoTe₂ Nanosheets with Tunable Thickness and Electronic Properties”的研究論文發表在材料領域頂級期刊《材料化學》（Chemistry of Materials, 影響因子為9.890）。2003网站太阳集团段曦東教授為通訊作者，博士研究生馬惠芳為第一作者，博士研究生黨偉琪為共同第一作者。

圖片說明：控制溫度和流量可控合成各種厚度的CoTe₂單晶納米片

段曦東團隊最近還報道了其它一系列的二維材料領域的工作，如Sb摻雜的SnS₂ 單層納米片的合成與光檢測器應用、用無懸空健的WSe₂作為基底生長銻烯并用形成的範德華異質結制備了光二極管、制備了1D/2D Sb₂Se₃/WS₂混合維度的範德華異質結并對異質結的光伏效應等進行了研究，這些成果發表在國際納米領域著名期刊《納米研究》（Nano Research,影響因子7.994）等學術刊物上。

責任編輯：文亦佳

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