近日,安徽大學(xué)物理與光電工程學(xué)院/信息材料與智能感知安徽省實驗室張瑞課題組利用掃描隧道顯微鏡(STM)技術(shù)實現(xiàn)了襯底晶面依賴的二維半導(dǎo)體材料能帶調(diào)控的可視化表征研究。相關(guān)研究成果以“Visualizing Large Facet-Dependent Electronic Tuning in Monolayer WSe2 on Au Surfaces”為題,在國際知名期刊《Nano Letters》上在線發(fā)表(DOI:10.1021/acs.nanolett.2c03785)。安徽大學(xué)物理與光電工程學(xué)院2020級碩士研究生朱波、周澤一以及物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院2018級博士生吳彥瑋為論文共同第一作者,張瑞教授為通訊作者,安徽大學(xué)為第一/唯一通訊單位。
二維過渡金屬硫族化物(TMDC)材料因其優(yōu)異的電子和光子學(xué)特性,在新型超薄光電子器件與芯片研究中具有重要的應(yīng)用價值。有效地調(diào)控二維TMDC半導(dǎo)體材料的電子能帶結(jié)構(gòu)不僅有益于電子器件應(yīng)用,還能夠誘導(dǎo)更多新奇的物理性質(zhì)。金屬襯底不同晶面具有不同的表面原子結(jié)構(gòu)和電子態(tài),能夠?qū)ζ湮降牟牧袭a(chǎn)生不同程度的電子態(tài)耦合以及電荷參雜作用,實現(xiàn)對單層TMDC材料的能帶調(diào)控。這種襯底晶面相關(guān)的材料能帶調(diào)節(jié)作用雖有不少理論研究,但是依然缺乏原子尺度的實驗表征研究。
利用STM原子分辨的晶格結(jié)構(gòu)與電子態(tài)表征手段,研究人員獲取了吸附于多種不同Au晶面上的WSe2單晶薄膜的原子晶格模型和電子結(jié)構(gòu),同時結(jié)合第一性原理,模擬和分析了這些不同Au晶面和單層WSe2之間的電子態(tài)耦合于電荷轉(zhuǎn)移作用,定量分析了襯底原子排列結(jié)構(gòu)對WSe2的電荷參雜/能帶調(diào)節(jié)之間的影響關(guān)系。實驗發(fā)現(xiàn),襯底晶面變化能夠使得二維TMDC材料能帶(相對于體系費(fèi)米能級)發(fā)生顯著的能量移動,形成原子尺寸寬度的p-n結(jié)。該工作對于未來TMDC材料器件設(shè)計與芯片制造具有重要的推動作用。
新聞鏈接:http://www.ahu.edu.cn/2022/1214/c15059a299010/page.htm
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