清華新聞網(wǎng)2月7日電 二維（2D）材料具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在功能電子器件領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。近年來(lái)，具有面內(nèi)各向異性特性的二維半導(dǎo)體材料憑借其電學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)的各向異性特征，為實(shí)現(xiàn)電荷與能量的定向傳輸提供了可能。然而，目前大多數(shù)已報(bào)道的面內(nèi)電學(xué)各向異性主要由晶格取向決定，缺乏靈活的調(diào)控手段。
近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院、深圳理工大學(xué)成會(huì)明院士與清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院劉碧錄教授團(tuán)隊(duì)在本征離子型二維半導(dǎo)體中利用離子-電子耦合，調(diào)制面內(nèi)各向異性。通過(guò)在二維半導(dǎo)體AgCrP2S6（ACPS）中耦合各向異性離子遷移和電子輸運(yùn)，進(jìn)而調(diào)節(jié)平面內(nèi)電學(xué)各向異性。
研究團(tuán)隊(duì)首先制備了高質(zhì)量的ACPS晶體，并通過(guò)掃描隧道電子顯微鏡和偏振拉曼光譜對(duì)其平面內(nèi)各向異性進(jìn)行了表征和確認(rèn)。隨后，團(tuán)隊(duì)利用能量色散光譜技術(shù)對(duì)ACPS中Ag元素的分布進(jìn)行分析，證實(shí)了Ag離子沿a軸和b軸遷移行為的顯著差異。
圖1.ACPS中的平面各向異性離子遷移
研究進(jìn)一步揭示了ACPS材料的柵控電學(xué)傳輸行為表現(xiàn)出明顯的電滯回特性。通過(guò)一系列測(cè)試，研究推斷這種電滯回現(xiàn)象的主要機(jī)制是材料中本征離子對(duì)電子的捕獲作用。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)ACPS中Ag離子的面內(nèi)各向異性遷移行為能夠有效調(diào)控這種電滯回現(xiàn)象。這一成果為二維材料平面內(nèi)電學(xué)各向異性的調(diào)控提供了新的調(diào)控自由度。
圖2.各向異性半導(dǎo)體ACPS中的離子-電子共調(diào)制
該研究通過(guò)提出“離子-電子共調(diào)制”的新機(jī)制，為二維半導(dǎo)體材料在電子器件功能化領(lǐng)域的應(yīng)用提供了重要啟示。這一創(chuàng)新方法有望推動(dòng)各向異性電子器件的發(fā)展，并為下一代功能電子器件的設(shè)計(jì)提供理論支持與實(shí)踐指導(dǎo)。
相關(guān)研究成果以“基于AgCrP2S6的面內(nèi)離子各向異性實(shí)現(xiàn)二維半導(dǎo)體材料離子-電子共調(diào)控”（Tunable in-plane conductance anisotropy in 2D semiconductive AgCrP2S6 by ion-electron co-modulations）為題，于近日發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）。
成會(huì)明和劉碧錄為論文的共同通訊作者，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院2020級(jí)博士生孫宇杰為論文第一作者，論文作者還包括清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院博士后張榮杰、2018級(jí)博士譚雋陽(yáng)、2020級(jí)博士生曾圣鋒、2024級(jí)博士生李晟楠、2023級(jí)碩士生魏強(qiáng)，佛山大學(xué)博士趙仕龍，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院副教授鄒小龍。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金及深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)等的資助。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adr3105
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
