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美利坚合众国接受晶格失配材质制备出二维元素

2020-01-03 作者:简介   |   浏览(95)

[据地平线2020计划网站2016年4月14日报道] 通常当单个材料具有相似的晶格结构时,才能够在不同半导体材料的顶部上彼此生长。现在,在一项由美国能源部橡树岭国家实验室的研究中,科学家已经采用两种晶格失陪的材料生长出高质量的原子厚度的薄层。

硒化镓和二硫化钼层形成p-n结,通过分离光激发的电子—空穴对,产生光电响应。据研究人员介绍,制备出这个原子薄的太阳能电池,表明合成的失配层有可能成为功能二维材料家族的新成员,该成果已发表在《科学进展》上。

“因为两个材料层之间有如此大的晶格失配,他们会按照有序的方式在彼此顶部生长,这很是意外。但成功了。”该研究的主要作者ORNL的李徐凡称。

通过对其新的双层结构单元进行表征,研究人员发现两个失配层按照重复的长程原子序列自组装生长,这可以电子显微镜下直接观察其莫尔条纹。“我们感到惊讶的是,这些条纹完全一致。”李说。

以戴维·乔治亚为首的ORNL功能杂化纳米材料组人员与范德堡大学、犹他大学和北京计算科学研究中心合作进行该项研究。

“这些新的二维层状失配异质结构打开了新型结构在光电应用的大门,” ORNL高级创始人小开说。“他们可以让我们学习新的物理性质,这是在其他晶格匹配的二维异质结构中不能发现的。它们在广泛的物理现象范围内提供了潜力,从界面磁性、超导电性和霍夫施塔特的蝴蝶效应。”

李开始生长单层的MoS2层,然后在上面生长一层GaSe。这种技术,称为范德瓦尔斯外延,根据将不同层束缚在一起的弱吸引力而命名。

“利用范德瓦尔斯外延技术,尽管晶格存在较大的失配,你仍然可以在第一个层上生长另外一层材料。”李说。使用扫描透射电子显微镜,该团队表征了材料的原子结构,揭示了莫尔条纹的形成。

科学家计划在未来的研究中,探讨材料如何在生长过程中保持排列,以及材料的组分如何影响光伏响应之外的特性。研究组努力推荐将二维材料整合入器件中。

“我们开启了探索所有类型晶格失配异质结的大门。”李说。

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