电子科技大学在二维材料领域取得重要进展

DT半导体材料 2022-05-09 18:00

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电子科技大学王曾晖、夏娟等在二维材料领域取得重要进展，先后在《Small》、《Materials & Design》、《SCIENCE CHINA Information Sciences》发文。

1、二维范德华异质结的材料和器件研究

近日，电子科技大学王曾晖、夏娟等在《SCIENCE CHINA Information Sciences》上发表了综述文章“Recent progress in 2D van der Waals heterostructures: fabrication, properties, and applications”，回顾并展望了二维范德华异质结的材料和器件研究。论文的通讯作者包括电子科技大学博士后裴胜海、夏娟研究员和王曾晖教授。

二维材料拥有独特的层状结构，通过将不同的二维材料以几乎无限种方式堆叠可以得到不同性能的二维范德华异质结。相比于纯相二维材料，二维范德华异质结拥有更为独特的物理特性和更加优异的器件性能。论文作者们总结了关于这一新兴二维体系的研究进展，包括制备方法、材料性能、器件应用等，并对这一高度活跃的研究领域所面临的机遇和挑战进行了展望。

二维异质结的制备方法、材料性能、器件应用

二维范德华异质结的制备主要包括直接生长和机械剥离再堆叠等方法，在研究中都得到了广泛的探索和应用。目前对二维异质结的电、光、磁性能的研究发展迅速，比如层间激子、磁近邻效应、交换偏置、转角异质结中的超导现象等。通过外加电磁场或转角调控，科研人员得到了很多新奇的物理现象。二维异质结丰富的物理特性使其拥有巨大的设计制造超薄器件的潜力，比如场效应晶体管(FET)、光伏器件、传感器、存储器、谐振器以及同时能够实现多种不同功能的二维器件。这些发现和成果展示了二维异质结广阔的研究和应用前景。

尽管二维异质结具有许多独特的物理特性和器件性能，但相关研究仍存在诸多挑战。比如直接生长对空气敏感的二维异质结、构建更多的转角异质结、基于二维磁体的磁存储器件等方向，仍需要更多更深入的研究。

本文对二维异质结的制备、性能和应用研究等方面进行了较为详细的梳理和系统的介绍，无论是对于长期从事相关研究的学者，或是正准备开始进入这一领域的初学者，都具有一定的参考价值。

论文链接：

https://www.sciengine.com/publisher/scp/journal/SCIS/doi/10.1007/s11432-021-3432-6

2、综述：二维材料及其异质结的高压研究进展

近日，电子科技大学王曾晖、夏娟等在《Materials & Design》上发表了综述文章“High pressure studies of 2D materials and heterostructures: A review”，回顾了近年来二维材料及其异质结的高压研究进展。论文第一作者为电子科技大学博士后裴胜海，通讯作者为夏娟研究员和王曾晖教授。

二维材料及其异质结拥有独特的层状结构和物理性能。由于其材料结构和性能优异的可调控性，二维材料及其异质结拥有非常广阔的研究和应用前景。在各种调控方法中，压强工程是一种独特的调控二维材料结构和物理性能的方法，能够通过压强来有效地改变二维结构的层间相互作用。特别是基于金刚石对顶砧（DAC）技术，具有可实现压强高，适合各种原位测量等优点，在二维体系的研究中得到了广泛的应用。

本文梳理并总结了近年来在高压调控二维材料和异质结领域的研究进展，介绍了利用DAC进行实验研究的优势和挑战，特别注重介绍DAC高压技术与XRD、光学、电学等实验技术相结合的原位表征实验方法，以及这些原位高压实验技术在二维材料及异质结的结构、光学和电学性能方面的研究进展，并对DAC高压技术在未来研究和应用方面所面临的机遇和挑战进行了讨论和展望。

本文在介绍二维材料和异质结高压研究成果的同时，结合相关实验成果对DAC技术及其在原位测量方面的优势进行了深入浅出的介绍，从金刚石的几何形状、硬度、透明度、绝缘性等方面分析了DAC技术在实现高压原位测量方面的独特优势，探讨了不同的传压介质的优点和适用范围，并对不同原位测量的技术要点和挑战分别进行了分析。因此无论是对于长期从事相关研究的学者，还是对高压实验技术感兴趣的其他领域研究人员，或者是正准备开始进入这一领域的初学者，本文都具有较好的参考价值。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2021.110363

3、双色偏振反射法成功测定了二硫化铼(ReS2)晶轴方向

近日，电子科技大学的王曾晖、夏娟等合作研究提出了一种简单高效的双色偏振反射法，并以此成功测定了二硫化铼(ReS2)这一各向异性二维材料的晶轴方向。成果以“Analyzing anisotropy in 2D rhenium disulfide using dichromatic polarized reflectance”为题发表在学术期刊Small。论文的第一作者为博士生文婷，通讯作者为夏娟研究员和王曾晖教授。

二维材料的层内各向异性是一个重要的材料特性，对二维器件的性能可起到重要影响。在此类二维材料及器件的研究中，识别晶体取向和精确判定各向异性晶轴（如黑磷中的armchair和zigzag方向，以及ReS2中的Re-Re链方向）至关重要。目前，常用的判别方法包括偏振拉曼光谱、吸收/反射光谱、x射线衍射光谱、二/三次谐波(SHG/THG)、透射电子显微镜(TEM)等。但这些方法往往需要较为复杂的样品准备过程（如透射电镜），以及较为昂贵的测试设备（如光谱仪、电镜等），在一定程度上局限了各向异性二维材料研究的进一步推广。

针对这一挑战，电子科技大学的研究者提出了一种可用于各向异性二维材料测量的双色偏振反射法，具有快速、无损、成本低等优点。该方法使用功率计替代昂贵的专业设备（如光谱仪）来收集光信号，并将测得的信号进行“数字化”处理，可以有效克服反射率测量中的误差问题；然后利用理论模型对“数字化”后的测量信号进行分析，即可实现对不同厚度二维ReS2晶体Re-Re链晶向的快速精准识别。该方法适用于不同厚度的二维材料，并且可以扩展到多色激光测量的方案，从而实现更广泛的测量能力。这一方法对高效判定各向异性二维材料的晶向提供了新的思路。

文章链接：https://doi.org/10.1002/smll.202108028

团队介绍

作者的研究团队长期致力于二维材料以及异质结的性能和器件研究。课题组已经配置了多套二维材料及器件的制备系统和多功能测量系统，包括低温高压光谱测量系统，变温光-机-电综合测量系统等，能够实现一系列的机电、光机、光电、高压原位测量。依托实验室的一系列专用实验装置和电子科技大学“电子薄膜与集成器件国家重点实验室”，课题组在二维材料及异质结研究方面完成了一系列工作。最近，课题组发表了电子科技大学首篇Nature Physics论文，深入探索了WSe2-MoSe2半导体异质结的高压调控研究（Nature Physics 17, 92 (2021)）。课题组力争打造高端的二维材料及器件研究平台，为二维材料器件的探索提供强劲支撑。