工学院张艳锋研讨员课题组在二维金属性过渡金
来源:独生子女网 发表于2019-07-22 10:30:59 编辑:石原里美
摘要: 9月14日,北京大学工学院资料科学与工程系张艳锋研讨员课题组在《先进资料》(Advanced Materials)上发表文章《化学气相堆积法制备晶圆标准具有安稳电荷

  9月14日,北京大学工学院资料科学与工程系张艳锋研讨员课题组在《先进资料》(Advanced Materials)上发表文章《化学气相堆积法制备晶圆标准具有安稳电荷密度波的二硒化钽》(Chemical Vapor Deposition Grown Wafer‐Scale 2D Tantalum Diselenide with Robust Charge‐Density‐Wave Order),报导了课题组在二维金属性TaSe2薄膜的大面积、层厚可控的制备和电荷密度波研讨方面的最新进展。

  金属性过渡金属硫化物(MTMDCs),特别是由第五副族金属元素和硫族元素构成的MTMDCs资料,其体资料具有磁性、电荷密度波(CDW)相变、拓扑超导等别致的物理特性。当其层厚减薄到二维限域下的少层/单层时,会表现出愈加新颖的层厚依靠的物性调控,在柔性通明电极和新式催化/储能方面也具有必定的使用远景。电荷密度波是强相关资料系统中的一个别致物理现象。在CDW相态下,资料的晶格和电荷密度散布发生自发的周期性调制。近年来,二维层状资料的CDW研讨遭到越来越多的重视,可是因其成因非常复杂,且与超导态之间的联系仍不明晰,因而亟需构建适宜的研讨系统来探求二维限域条件下相关问题。因为2H-TaSe2具有极低的超导改变温度(50 mK),能够防止超导态和电荷密度波相的共存,因而是研讨电荷密度波相图和其构成机制的抱负系统。现有获取二维少层、单层MTMDCs资料的途径有两种,一是经过化学气相输运(CVT)获得当相MTMDCs,然后使用胶带逐层剥离,但存在层厚不可控、畴区标准小,无法完成规模化制备等问题。另一种是凭借先进的分子束外延(MBE)办法,使用“自下而上”的组成办法来完成层厚的调控,但是该办法依靠价格昂扬的仪器设备,且制备功率极低。

  近两年来,张艳锋研讨员课题组在金属性MTMDCs资料的可控制备和使用研讨方面取得了系列研讨进展。根据化学气相堆积(CVD)法,他们在传统的SiO2基底上成功地获得了厚度为几个纳米、面内标准达几十微米的1T-VS2纳米片,发现其能够作为超级电容器的优异电极资料(Nano Lett. 2019, 17, 4908)。从而他们根据范德华外延的机制,初次在原子级平坦的云母外表可控组成了超高电导率的金属性1T-VSe2,该资料是构筑半导体性二维资料场效应晶体管器材的抱负电极资料(Adv. Mater. 2019, 29, 1702359)。与此同时,他们别离使用低压CVD法,在金箔上初次制备了厘米标准均匀、具有幻数厚度(4层)的2H-TaS2薄膜以及层数可调的纳米片,制作了2H-TaS2电荷密度波相变温度随其层数改变的相图,并发现了其超高的电催化析氢活性(Nature Commun. 2019, 8,958)。此外,他们也在三维多孔金衬底上完成了1T-TaS2的笔直成长,并研讨了不同相态(2H/1T相)关于电催化析氢活性的影响电催化析氢功能(Adv. Mater. 2019, 30, 1705916)。根据上述效果,张艳锋研讨员受邀在Coordination Chemistry Reviews编撰总述文章(Coordin. Chem. Rev. 2019, 376, 1)。

  最近张艳锋研讨员课题组使用常压CVD成长办法,在金箔基底上成功制备了晶圆标准的单层2H-TaSe2薄膜,以及层厚可控的纳米片。低温透射电子显微镜(LT-TEM, 80K)表征发现,与CDW相关的周期性超结构不只存在于厚层的2H-TaSe2资猜中,在单层薄膜中也能安稳存在。进一步的变温Raman表征显现,跟着2H-TaSe2层厚的减薄,从电荷密度波相到金属相的相变温度(Tc)逐步增大(由体相的90K增大到单层的120K)。结合文献成果:二维限域下随层厚减小2H-TaSe2的电-声耦合强度增大,从而揣度电声子耦合强度的增大是导致其CDW相变温度提高的要害机制。此外,他们也发现在碳布衬底上直接制备的2H-TaSe2纳米片可作为超级电容器的电极资料。该研讨为二维MTMDCs资料的可控制备、别致物性研讨和实践使用拓宽了新的研讨系统(Au箔成长系统),获得了到现在最大标准的、高质量的、严厉单层的MTMDCs资料,以及层厚可调的少层资料。因为纳米标准的MTMDCs资料具有超高的比外表积、优异的导电特性、层间相对弱的范德华相互作用等优异的特性,未来在新能源的存储和转化方面也具有非常大的使用潜力。

  

  (a) 金箔上常压CVD法制备单层2H-TaSe2示意图 (b) 厘米标准单层2H-TaSe2薄膜 (c) 2H-TaSe2的超级电容器电极使用示意图 (d) 单层2H-TaSe2的3×3周期性超结构

  

  该作业得到了中山大学陈焕君教授、北京大学物理学院王健教授、中科院物理所谷林研讨员、北京大学工学院张青研讨员的通力合作和支撑,并得到了科技部要点研制方案、国家自然科学基金以及清华大学低维量子物理国家要点实验室敞开基金等的赞助。

  修改:山石

  责编:凌薇

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