来源：中科院半导体所

最近，中科院半导体所半导体超晶格国家重点实验室的李京波课题组，在二维材料局部应力纳米级调控和新型二维合金材料的基础研究中取得系列重要进展。

应力工程是调节材料物理性质的一种有效并可行的方法。这源于一个事实，在费米能级附近的能级（带）对轨道耦合/晶体内相邻原子的相互作用高度敏感，并且轨道相互作用程度强烈地依赖于应力的量。有趣的是，应力在纳米级别的应用为局部的调控材料的性质提供了一种理想的方法，这可以满足不同光电子器件应用的需求。

    博士后杨圣雪、李京波研究员、李树深院士与国家纳米科学中心刘前研究员、美国Arizona State University的Sefaattin Tongay教授合作，在利用局部应力纳米级调控硒化铼褶皱性质的基础研究中取得新进展。通过在弹性衬底上制备ReSe2褶皱，从而诱导产生了局部应力，因此调控了ReSe2纳米片的磁学、光学和电学性质（如图1所示）。因为ReSe2属于VII族过渡金属硫族化合物（TMDs），Re原子的d轨道中有一个额外电子，这使得ReSe2与其他VI族TMDs有很大差别。举例来说，ReS2和ReSe2缺少间接-直接过渡但却具有很强的面内各向异性且具有完全不同的量子限制效应，丰富的拉曼光谱和层间耦合特性。由于弱的层间耦合作用，应力工程技术可以应用在任何厚度的ReSe2片上。该结果表明，在局部应力区域：（1）拉曼光谱中简并的类-Eg峰发生劈裂，分裂为两个峰，与未加应力区域相比，类-Ag峰向右移动；（2）与未加应力区域相比，光致发光峰位红移，峰强增强；（3）通过分析磁力显微镜的相和高度变化可知，形成褶皱以后，ReSe2产生了磁性；（4）最后通过对比电流-电压曲线可知，在不同预应力下形成的不同ReSe2褶皱，其电学性质也表现出了不同的变化趋势。相关成果发表在2015年2月美国化学会主办的《Nano Letters》上,该刊是纳米材料领域顶尖期刊，该成果为探索二维材料新奇的物理性质提供了新的思路。

图1. ReSe2褶皱及其性能（Nano Lett. 2015, 15 (3), 1660-1666.）。

    二维合金作为一种新奇的结构近年来受到广泛关注。二维合金中的化学计量数可以通过生长条件来调控,从而影响材料的能带结构,不同的化学计量数有不同的带隙,所以在光电调控方面有着巨大的潜力。国际上，已经有了关Mo,W等硫族二维合金的报道。对于其他过渡族的元素合金还没有报道。如果二维合金中有磁性原子的掺入,如Fe, Co, Ni 等，可能有奇特的物理现象，如自旋极化，超导，磁光效应等。

    博士生黎博、魏钟鸣研究员、李京波研究员等围绕二维材料合金的制备，在国际上首次报道了一种二维材料的新型合金体系：Co0.16Mo0.84S2（如图2所示）。通过化学气相沉积的方法，经过系统探索，成功将Co原子掺入到MoS2体系中去形成合金。在不同的温度和S浓度的调控下，可以得到不同形状和比例的二维David 星状结构。在合适的原材料比例和680oC时，获得了高质量、大面积的六边形纳米片状结构Co0.16Mo0.84S2。进一步对该合金体系进行了场效应晶体管的构筑和测试，并且采用第一性原理计算对该体系的能带结构进行了计算。相关结果受到国际同行和审稿人的高度评价，近期发表在美国化学会旗下的《ACS Nano》杂志上（ACS Nano 2015, 9 (2), 1257-1262.），该研究成果成功拓展了二维合金材料的研究体系，为构筑多功能的低维半导体光电器件提供了良好的基础。

图2. 新型二维半导体合金体系：Co0.16Mo0.84S2（ACS Nano 2015, 9 (2), 1257-1262.）。

    该系列工作得到了国家自然科学基金委员会、中国科学院和国家外国专家局的支持。相关论文的链接：

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl504276u

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn505048y

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