{首页主词},&

南京大學繆峰教授課題組在第二類狄拉克半金屬材料的低溫生長研究領域取得突破進展

2018-08-20 11:59:10 作者：本網整理來源：X一MOL資訊分享至：

自2004年石墨烯發現以來，二維材料迅速成為近十多年來凝聚態物理、材料科學和信息科學等領域的研究熱點。二維過渡金屬硫屬化合物（TMDCs）具有原子層薄的特征以及多樣的原子結構和電子能帶結構，因而表現出極其多樣的物理特性。諸多研究表明，金屬性TMDCs具有超導性、電荷密度波及外爾半金屬性等奇特的物理性質。此外，他們在改善二維半導體器件接觸性能和催化等領域也表現出獨特的應用潛力。碲化鉑（PtTe2）是一種第二類狄拉克半金屬材料，具有傾斜的狄拉克錐能帶結構。類似于第二類外爾半金屬，在特定的動量方向上傾斜的狄拉克錐結構為研究磁各向異性輸運性質提供了新的平臺。此外，PtTe2具有超強的層間相互作用，可導致多種層數依賴新奇的電學性質。目前對PtTe2的制備主要通過化學氣相傳輸法（CVT）和化學氣相沉積法（CVD），但所制備的體單晶材料難以通過微機械剝離的方法得到原子層薄的晶體，極大限制了對其獨特的物理性質開展研究。而且，最重要的挑戰是無論采用CVT還是CVD合成的方法，相應的過程都要求很高的溫度（～1200 ℃），如何發現和利用新的合成機制來降低這類TMDCs的生長溫度也成為材料生長領域關注的熱點。

為了解決上述挑戰，南京大學物理學院、微結構科學與技術協同創新中心的繆峰教授課題組發展了一種低溫共熔的合成方法（圖a），首次在低溫固溶相合成出大尺寸、厚度在2-200 nm之間的PtTe2單晶（圖b, c）。從熱動力學角度，高熔點的不同厚度Pt薄膜和過量的Te粉混合，在較低溫度下（500 ℃）可以形成Pt-Te共熔體。隨著Te元素的不斷蒸發，PtTe2析出并成核生長，最終形成PtTe2單晶。該低溫共熔法整個過程經歷了固-液-固三種相，因此又稱為SLS（固-液-固，solid-liquid-solid）法。該技術的開發也受到了上世紀六十年代開發的、用來實現半導體納米線低溫合成的VLS（氣-液-固，vapor-liquid-solid）法的啟發。

繆峰教授課題組進一步利用電子束曝光工藝制備了PtTe2單晶的霍爾器件，并得到室溫下TMDCs最高的電導率3.3×106 S/m（圖d）。通過低溫電子輸運研究，他們首次在所制備的高質量PtTe2單晶中觀察到弱反局域化現象。此外，該課題組還開發了一種氬等離子體刻蝕法，通過調控加速電壓等參數，實現了對所合成PtTe2體單晶的逐層減薄，最終得到原子層薄的PtTe2單晶。電學性質測試表明，所制備的原子層薄PtTe2單晶依然保持超高的電導率，表現出該方法在可控制備不同層數高質量二維材料方面的優勢。

（a）PtTe2單晶低溫共熔法生長機理的示意圖；（b）所生長的PtTe2單晶的掃描電鏡成像和平面原子結構示意圖；（c）PtTe2原子分辨透射電鏡成像；（d）PtTe2單晶的變溫電學性質，表現出超高的電導率。

該工作以“Low-Temperature Eutectic Synthesis of PtTe2 with Weak Antilocalization and Controlled Layer Thinning”為題發表在材料領域重要期刊Advanced Functional Materials上。論文的第一作者是南京大學物理學院的博士后郝松博士，通訊作者是南京大學的繆峰教授、梁世軍副研究員。該工作還得到東南大學孫立濤教授課題組、倪振華教授課題組，中科院半導體所譚平恒研究員課題組以及南京大學王振林教授課題組的實驗協助和支持。相關研究得到微結構科學與技術協同創新中心的支持以及國家杰出青年科學基金、科技部“量子調控”國家重大科學研究計劃（青年科學家專題）項目、江蘇省杰出青年基金、國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費和中國博士后科學基金等項目的資助。

更多關于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內外最新動態，我們網站會不斷更新。希望大家一直關注中國腐蝕與防護網http://www.ecorr.org

責任編輯：韓鑫