國(guó)際上首次制備出錫烯二維晶體薄膜材料
發(fā)布時(shí)間：2015-08-24 16:19:45
二維類石墨烯晶體錫烯具有極其優(yōu)越的物理特性，是一類大能隙二維拓?fù)浣^緣體，有可能在室溫下實(shí)現(xiàn)無(wú)損耗的電子輸運(yùn)，因此在未來(lái)更高集成度的電子學(xué)器件應(yīng)用方面具有極其重要的潛在價(jià)值。但是由于巨大的材料制備和物理認(rèn)知上的困難，如何在實(shí)驗(yàn)上制備出錫烯材料，成為當(dāng)前國(guó)際凝聚態(tài)物理和材料學(xué)領(lǐng)域科研人員努力的焦點(diǎn)。近期，上海交通大學(xué)教授錢冬和賈金鋒團(tuán)隊(duì)成功地利用分子束外延技術(shù)，在國(guó)際上首次制備出錫烯二維晶體薄膜材料。相關(guān)研究成果已在線發(fā)表于《自然—材料》。
在前期研究基礎(chǔ)上，研究人員精確控制生長(zhǎng)條件，發(fā)現(xiàn)基底材料上錫原子的生長(zhǎng)方式發(fā)生了變化，并逐漸形成了層狀的薄膜。為了證明所制備的薄膜是錫烯，研究人員通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)比對(duì)，最終成功觀察到雙原子層內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并精確測(cè)定了雙原子層的相對(duì)高度。
“第二個(gè)難題就是如何確定外延薄膜的電子能帶結(jié)構(gòu)。”賈金鋒表示，由于薄膜厚度不到0.4納米，而用來(lái)確定電子能帶結(jié)構(gòu)的角分辨光電子能譜信號(hào)中包含了眾多的基底信號(hào)，這造成了極大的混淆。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將錫烯的生長(zhǎng)設(shè)備搬到同步輻射光源，利用同步輻射光源光子能量和光子偏置可變的特性，成功實(shí)現(xiàn)了錫烯的電子能帶結(jié)構(gòu)和基底信號(hào)的完全分離，并進(jìn)一步利用原位表面電子摻雜的方法，精確確定了空態(tài)的部分能帶結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)確定的原子結(jié)構(gòu)及電子能帶結(jié)構(gòu)和第一性原理計(jì)算的結(jié)果具有優(yōu)異的一致性，從而真正地證實(shí)外延生長(zhǎng)的確實(shí)是二維錫烯薄膜。