? ? ? ? ? 二維材料在納米電子和光電器件方面具備巨大潛力。所謂二維材料，其實(shí)是一類新穎的超薄材料，具有不同于已有材料的特殊性能。它們超薄到什么程度呢？其一個(gè)維度達(dá)到原子級(jí)薄的尺度（約0.1nm～10nm），其余兩個(gè)維度接近宏觀或者宏觀（一般在1μm以上），是納米材料的一種。二維材料家族中最具知名度的“明星成員”無疑是石墨烯，其引起的熱度被安德烈·蓋姆本人稱為“God Rush（淘金熱）”。而二維材料的概念就是伴隨著2004年石墨烯的成功分離而提出的。

? ? ? ? ? 二維材料之所以備受關(guān)注，是因?yàn)樵诳茖W(xué)上，可以借助它們觀察到新的物理現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)新的物理規(guī)律；在技術(shù)上，它們有可能成為下一代的電子學(xué)和光電子學(xué)材料，并可能在傳感、催化等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。要想充分實(shí)現(xiàn)二維材料在科學(xué)技術(shù)上的應(yīng)用，第一個(gè)要做的就是發(fā)展更可控的制備方法，而這一點(diǎn)恰恰是最難的。以石墨烯為例，實(shí)際上石墨烯一直就存在于自然界，只是難以剝離出單層結(jié)構(gòu)。石墨烯一層層疊起來就是石墨，區(qū)區(qū)1mm厚的石墨大約包含300萬層石墨烯。而在單層石墨烯被成功制備出來后，人們才得以在此基礎(chǔ)上開展進(jìn)一步的研究。

? ? ? ? ? ?用來構(gòu)建納米電子和光電器件的理想二維材料需具備三個(gè)條件：可調(diào)帶隙、高載流子遷移率、較好的空氣穩(wěn)定性。是維SHIWEI（www.shiwhy.com）專注材料生長、器件制備及工藝處理解決方案。然而，大部分的二維材料只能滿足其中的一個(gè)或兩個(gè)條件。例如，石墨烯與黑磷都表現(xiàn)出極高的載流子遷移率，但是石墨烯的零帶隙和黑磷較低的穩(wěn)定性，這限制了他們?cè)诩{米電子學(xué)與光電器件方面的應(yīng)用。因此，有必要探索新的二維材料體系。

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CVT合成生長FePSe3FePSe3三元二維層狀晶體材料

? ? ? ? ? 最近，新加坡南洋理工大學(xué)Liu Zheng?教授課題組報(bào)道了基于組分融合拓?fù)涓拍?，由開羅五邊形堆積而成的新型二維半導(dǎo)體PdPS。PdPS表現(xiàn)出優(yōu)異的電學(xué)以及光電性能（650?nm光源）：高電子遷移率≈208 cm2?V?1?s-1，高開關(guān)比≈108，高光響應(yīng)率5.2 × 104?A W?1、光增益1.0 × 105，以及極高探測(cè)率1.0 × 1013?Jones。特別重要的是，這種優(yōu)異的褶皺五邊形原子結(jié)構(gòu)賦予了PdPS較大的載流子遷移率各向異性比與光電流各向異性比，分別高達(dá)3.9與2.3。這些優(yōu)異的性能使得二維開羅五邊形PdPS半導(dǎo)體在納米電子學(xué)、光電子學(xué)、偏振納米電子學(xué)中具有巨大潛力。PdPS單晶通過化學(xué)氣相傳輸（CVT）方法合成，尺寸可達(dá)5mm×1mm。EDX圖譜表明PdPS比例約為1.09:1.05:1。粉末XRD數(shù)據(jù)確定了確定了其結(jié)構(gòu)。

PdPS單層可以通過機(jī)械剝離獲得。經(jīng)原子力顯微鏡（AFM）測(cè)試表明其單層厚度約0.8?nm。掃描隧道顯微鏡（STEM）確認(rèn)了其褶皺五邊形結(jié)構(gòu)?？焖俑道锶~變換（FFT）確認(rèn)了剝離的PdPS的高度結(jié)晶性。根據(jù)原子分辨率（HRSTEM）圖，（020）與（002）面的層間距分別為2.84和2.85?，對(duì)應(yīng)著晶胞參數(shù)b≈5.68 ?和c≈5.70 ?，說明了生長的PdPS晶體結(jié)構(gòu)與模擬的高度一致性。此外，EDX圖譜也表明剝離的PdPS薄片中Pd、P、S元素分布均勻性。

PdPS樣品的Raman峰P1（68?cm-1）、P4(447 cm-1)、P5(487 cm-1)隨著PdPS厚度的降低而出現(xiàn)藍(lán)移。并且單層PdPS的部分Raman峰幾乎消失。這種現(xiàn)象可以歸因于光學(xué)干涉與吸收能力的層數(shù)依賴性以及原子級(jí)薄的PdPS的弱聲子振動(dòng)模式。此外，Pd原子的d軌道、P和S原子的p軌道的雜化會(huì)引起強(qiáng)烈的層間耦合作用，這也影響Raman峰的表現(xiàn)。PdPS納米片在空氣中532K溫度下烘烤30?min后的Raman光譜與新剝離的PdPS的Raman光譜對(duì)比，幾乎無差別，這可以看出PdPS納米片具有極好的空氣穩(wěn)定性。PdPS由于具有低對(duì)稱性五邊形結(jié)構(gòu)，角度分辨率偏振Raman光譜用來表現(xiàn)PdPS的光學(xué)各向異性。特別是PdPS納米片的P6(162 cm–1)，P3(387 cm–1)，與P5(487 cm–1)Raman峰顯示出明顯的各向異性。

PdPS?場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）器件轉(zhuǎn)移特性曲線表明PdPS為n型半導(dǎo)體。通過制備具有十二電極的PdPS器件，對(duì)PdPS的電學(xué)各向異性進(jìn)行了研究。隨PdPS樣品厚度的降低，PdPS器件源電流表現(xiàn)出更加明顯的二次軸對(duì)稱性。同樣，電子遷移率也表現(xiàn)出明顯的二次軸對(duì)稱性，各向異性比高達(dá)3.9。PdPS具有高電子遷移率≈208 cm2?V?1?s-1，極高開關(guān)比≈108，高于其他2D材料。

由于PdPS優(yōu)良的電學(xué)性能，Liu?Zheng教授課題組研究了在650?nm與405?nm激光下的PdPS光電探測(cè)器的光電性能。在650?nm激光下，器件的光響應(yīng)率為5.2×104?A W?1，光增益為1.0×105，探測(cè)率高達(dá)1.0×1013?Jones，比得上很多基于其他2D半導(dǎo)體的光電探測(cè)器。PdPS探測(cè)器的優(yōu)異的光電性能可以歸因于光閘效應(yīng)。此外，也對(duì)PdPS探測(cè)器的光電各項(xiàng)異性進(jìn)行了研究。不同厚度的PdPS探測(cè)器的光電流皆表現(xiàn)出二重對(duì)稱性，光電流各向異性比高達(dá)2.3（650?nm激光下）。

總之，PdPS由于其獨(dú)特的開羅五邊形結(jié)構(gòu)，而擁有優(yōu)異的電學(xué)與光電性能，在光學(xué)、電學(xué)、光電方面表現(xiàn)出強(qiáng)烈的各向異性，并具有良好的空氣穩(wěn)定性。這些優(yōu)異的性能使得PdPS在納米電子學(xué)、光電子學(xué)、偏振納米電子學(xué)上具有巨大潛在價(jià)值。