單層二硫化鉬是一種典型的二維過渡金屬硫屬化物, 由於其特殊的能帶結構、半導體性質等, 在納米電子器件和光電子學等諸多領域具有廣闊的應用前景。 單層二硫化鉬由三個原子層(硫-鉬-硫)堆疊而成, 不同的堆疊次序使其構成兩種不同的相, 即 2H 和 1T 相。 2H 相層與層之間按照 ABA 堆垛, 金屬原子為三棱柱配位, 具有 2.2eV 的半導體性。 而 1T 相對應 ABC 的堆垛方式, 金屬原子為八面體配位元, 呈現金屬性。 可控地實現 2H 和 1T 之間的相變不僅對研究單層二硫化鉬的本征物理性質也對相關應用具有重要意義。
近期, 中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室(籌)納米物理與器件實驗室N07組博士生祝建琦在研究員張廣宇、時東霞的指導下,
這種基於基於原子保齡球效應誘導單層二硫化鉬相變的方法潔淨、高效、可控, 且和現存的大型積體電路製造工藝相容, 有望應用於二硫化鉬電子學、光學、能源等領域。 該工作發表於《美國化學會志》(JACS. 139, 30 (2017))。
該項研究工作得到國家重點研發計畫、國家自然科學基金、中科院前沿科學重點研究項目以及中科院戰略性先導科技專項的資助。
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圖1.(a)氬等離子體相變處理示意圖。 (b, c)不同相變處理時間的拉曼(b)和螢光表徵(c)。 (d)相變前後XPS表徵。
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圖2.(a)原始2H相二硫化鉬樣品STM表徵(b, c)相變處理後樣品STM表徵(d, e)相變處理前後STS譜。
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圖3.(a)三種場效應電晶體示意圖。 (b)三種場效應電晶體器件的轉移特性曲線。