İlerleme | İki boyutlu atomik kristal antimonen çalışmasında önemli ilerleme kaydedildi
Çin Bilim ve Teknoloji Derneği ve Çin Bilimler Akademisi Halkın Günlüğü tarafından ortaklaşa düzenlenen "Dian Zhan 2017 Popüler Bilim Çin" seçim etkinliğinde Institute of Physics'in WeChat genel hesabı Diğer popüler bilim öz medyalarıyla rekabet edin "2017'de Medyadan En Popüler On Bilim Yayını" Aynı zamanda, adaylar ayrıca "Bilim Üniversitesi" ve "Çin Bilim Popülerleştirme Fuarı" ve Çin Bilimler Akademisi sisteminin diğer kamu bilimleri kamuya açık hesaplarını da içeriyordu. Herkesin her oyuna değer veriyoruz ve bilim iletişiminin amacını desteklemeye devam edebileceğinizi umuyoruz!
Gelecekteki bilgi teknolojisi düşük güçlü, yüksek performanslı transistörlere ihtiyaç duyar ve uluslararası yarı iletken teknolojisi yol haritasında açıklanan gelecekteki transistör kanal uzunluğu 10 nanometreden azdır. Son yılların araştırma noktalarından biri.Geleneksel yarı iletken malzemelerle karşılaştırıldığında, iki boyutlu (2D) atomik kristal malzemeler, küçük saçılma, yüksek hareketlilik, istiflenmiş heteroyapıların kolay hazırlanması ve elektriksel özelliklerin kolay kontrolü özelliklerine sahiptir. Gelecekteki transistörler haline geldiler. Mükemmel aday malzemelerden biri. Keşfedilen iki boyutlu atomik kristal malzemeler arasında, periyodik tablodaki IV. Grup elementlerden oluşan tek katmanlı malzemeler (grafen, sililen, germanen ve stanen gibi) yüksek taşıyıcı hareketliliğine sahiptir, ancak Bant aralığı sıfırdır veya sıfıra yakındır, bu da alan etkili transistörler gibi elektronik cihazlarda uygulama olasılıklarını sınırlar.
Buna karşılık, periyodik tablodaki siyah fosfor gibi grup V öğelerinden oluşan katmanlı bir malzeme, geniş bir bant aralığı ve yüksek taşıyıcı hareketliliği gibi özelliklere sahiptir. Ancak siyah fosfor, atmosferik koşullar altında kararsızdır ve bundan hazırlanan cihazların uygulanabilirliği sınırlıdır. Son zamanlarda, grup V element antimonundan oluşan tek bir antimonen tabakası araştırmacıların büyük ilgisini uyandırdı. Teorik olarak antimonenin bant boşluğunun katman kalınlığına göre değişeceği öngörülmüştür Özellikle tek bir antimonen katmanı için teorik tahmin bant aralığının 2.28 eV olmasıdır. Aynı zamanda, antimonen grafenden daha yüksek bir taşıyıcı hareketliliğe sahiptir. Bu özelliklere dayanarak, antimonen, ilgili elektronik cihazlar ve optoelektronik cihazlar alanlarında potansiyel uygulama olanaklarına sahiptir. Bu nedenle, bu malzemenin nasıl elde edileceği, özellikle yüksek kaliteli tek katmanlı antimonen büyümesi büyük ilgi gördü.
Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü / Pekin Ulusal Yoğun Madde Fiziği Araştırma Merkezi'nden Akademisyen Gao Hongjun liderliğindeki araştırma ekibi, yeni iki boyutlu kristal materyallerin hazırlanması, fiziksel özellikleri ve uygulamaları üzerine uzun yıllar boyunca temel araştırmalara adanmış ve bir dizi önemli araştırma sonucuna ulaşmıştır. Son zamanlarda, doktora öğrencileri Wu Xu, Shao Yan ve Wang Yeliang araştırmacısı grubu, tek bir antimonen tabakasını başarıyla hazırladı ve yapısını ve özelliklerini inceledi. Fotoelektron enerji spektrum analizi açısından, Pekin Synchrotron Radyasyon Merkezi'nden yardımcı araştırmacı Wang Jiaou ile işbirliği yaptılar; teorik hesaplama açısından, enstitüdeki yardımcı araştırmacı Sun Jiatao ile işbirliği yaptılar; kullanılan paladyum ditellurid (PdTe2) tek kristal substrat enstitüdendi Araştırmacı Shi Youguo tarafından sağlanmıştır.
Spesifik deney planını tasarlama sürecinde, katmanlı geçiş metali dikalkojenit bileşiği (TMD) PdTe2'nin kararlı yüzey kimyasal özelliklerine sahip olduğunu ve altıgen simetriye, kafes periyoduna (4,10 A) ve antimon tek kristal katmanına sahip olduğunu düşündüler. İç dönem (4.12 Å) kafes uyumu ve teorik olarak tahmin edilen tek katmanlı antimonen (dönem 4.01 Å) kafes uyuşmazlığı yalnızca% 2.3'tür. Bu nedenle, substrat olarak PdTe2'yi seçtiler ve yüksek kaliteli tek katmanlı bir antimoneni başarıyla elde etmek için moleküler ışın epitaksiyal büyüme yöntemini kullandılar. Düşük enerjili elektron kırınımı (LEED) ve taramalı tünelleme mikroskobu (STM) yardımıyla, yetiştirilen tek tabakalı antimonun ince atom diziliş yapısı incelenir.STM görüntüsünden antimon atomlarının altıgenler oluşturduğu net bir şekilde ayırt edilebilir. Bal peteği yapısı antimonendir; LEED deneyleri, geniş alanlı, yüksek kaliteli antimonen tekli kristalleri elde ettiklerini kanıtlamaktadır (Şekil 1). X-ışını fotoelektron spektroskopi deneyini ve elektronik yerel fonksiyonun teorik hesaplama sonuçlarını birleştirerek, tek tabakalı antimonen ile alt tabaka arasında birkaç yerel elektronik durum olduğu ve sadece zayıf van der Waals etkileşimleri olduğu ortaya çıkmıştır (Şekil 2 ve Şekil 3). Diğer STM ve XPS deneysel gözlem sonuçları (Şekil 4), tek katmanlı antimonenin havada yüksek kimyasal stabiliteye sahip olduğunu ve havaya maruz kaldıktan sonra oksitlenmediğini göstermektedir.Bu özellik, antimonenin pratik uygulamalara daha da geliştirilmesi için gereklidir.
Bu çalışma, yüksek kaliteli tek tabakalı antimonen hazırlamak için bir yöntem sağlar ve aynı zamanda atomik seviyede düz bir arayüze sahip iki boyutlu bir heteroyapı hazırlamak için yeni bir fikir sağlar, yani bir tek tabakanın epitaksiyel büyümesi için bir substrat olarak TMD malzemesini doğrudan kullanır İki boyutlu atomik kristal malzemeler, iki boyutlu malzeme heterojonksiyon cihazlarının araştırılması için değerli bir referans sağlar. Aynı zamanda, iki boyutlu atomik kristal malzemelerin yeni bir grafen benzeri yapı türü olan antimonen, karbon esaslı olmayan iki boyutlu bal peteği kristal malzemelerin araştırma alanını genişletir, geniş bant aralığı ve yüksek hareketlilik özelliklerine sahiptir ve atmosferik ortamda stabildir. Gelecekteki elektronik cihazlarda potansiyel uygulama olanaklarına sahiptir.
İlgili sonuçlar Adv. Mater. 29, 1605407 (2017) 'de yayınlandı. Bu araştırma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (51572290, 61222112), Bilim ve Teknoloji Bakanlığı (2016YFA0202300, 2013CBA01600) ve Çin Bilimler Akademisi tarafından desteklenmiştir.
Şekil 1: Epitaksiyal olarak büyümüş monoatomik katman antimoneni. PdTe2 yüzeyinde (a) tek bir antimonen tabakasının büyümesinin şematik diyagramı, büyük ölçekli STM görüntüsü ve LEED kırınım noktası (b), atomik çözünürlüklü STM görüntüsü (c) ve ilgili yanal kesit görünümleri (e, f) ve atomik yapının üstten görünümü ve Yandan görünüm (d).
Şekil 2: PdTe2 yüzeyindeki tek bir antimonen katmanının atomik yapı modeli (a, d), karşılık gelen STM simülasyon görüntüsü (b), deneysel görüntü (c), elektronik yerelleştirme fonksiyonunun üstten görünümü ve enine kesit görünümü (e, f).
Şekil 3: PdTe2 substratının (a, b) yüzeyinde tek bir antimon tabakası yetiştirmeden önce ve sonra Pd ve Te elementlerinin XPS ölçüm sonuçları, tek bir antimonen tabakasındaki (c) Sb elementinin XPS ölçüm sonuçları, substratın ve tek antimon tabakasının olduğunu gösterir. Aralarında neredeyse hiç ücret aktarımı yoktur.
Şekil 4: Tek katmanlı antimonen kimyasal stabilite testi. STM (a, b, c) ve XPS (d) 'nin kapsamlı deneyleri, tek antimon tabakasının havaya maruz kaldıktan sonra değişmediğini ve mükemmel kimyasal stabilite sergilediğini göstermektedir.
Düzenle: küçük ekmek
En Yeni 10 Popüler Makale
Görüntülemek için başlığa tıklayın
