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二维层状材料新星:具有超高电导率的二维金属性二硒化钒

近年来,石墨烯(graphene)、二硫化钼(MoS2)和六方氮化硼(h-BN)等具有层状晶体结构的二维材料因其独特的能带结构和丰富的物理化学特性,在电子学、光电子学和能源转换等领域具有非常广阔的应用前景。二硒化钒(VSe2)和二硒化铌(NbSe2)等金属性过渡金属硫族化合物(MTMDCs)作为一类新兴的二维层状材料,因为其所蕴含的独特的物理特性,包括电荷密度波相变、超导、磁性等,因而获得大家的广泛专注。然而当前用于制备高质量二维MTMDC材料的方法主要是“自上而下”的机械剥离法,该方法制备效率低且可控性差,无法实现批量制备。因而,探索一种“自下而上”的制备方法是相关领域发展的关键所在。

二维层状材料新星:具有超高电导率的二维金属性二硒化钒

近期,北京大学张艳锋研究组首次采用化学气相沉积的方法,在云母表面利用范德华外延的原理可控合成了二维金属性(1T相)二硒化钒单晶纳米片。该方法选用的云母基底具有原子级平整的表面,且其与二硒化钒具有较小的晶格失配度(~-3.8%),这是成功合成二硒化钒纳米片的关键所在。研究发现:可以通过改变生长条件,例如生长时间和载气得配比,实现层厚在几纳米到几十纳米范围内的精确控制。系统的表征结果表明:金属性纳米片具有与机械玻璃样品可比的晶体质量,且在大气下具有较好的稳定性。更有趣的是,该方法合成的二硒化钒纳米片在电学表征中表现出高达106 S/m量级的电导率,比其他常见半导体性二维材料的电导率高1-4个数量级,甚至和传统金属的电导率相当,这使其可能成为基于二维材料的场效应晶体管器件的理想电极材料。此外,他们也对所获得的薄层材料进行了低温输运测量,观察到了与机械剥离样品相似的厚度依赖的电荷密度波相变行为。该研究为二维MTMDC材料的可控合成与新奇物性研究提供了新思路,将这种金属性的二维材料与其它半金属性、半导体性和绝缘性的二维材料堆叠到一起形成的范德华异质结构,在新型电子学和光电子学器件等领域将会有极大的发展空间。

二维层状材料新星:具有超高电导率的二维金属性二硒化钒

相关论文发表在Advanced MaterialsDOI: 10.1002/adma.201702359)上,并于当期Inside Back Cover做简要介绍。

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