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范德华外延生长二维二硒化钒单晶及其超高电导率
2018-06-12 08:38:06 | 【 【打印】【关闭】

  近年来,过渡金属硫族化合物(TMDCs)二维层状材料受到大量关注,过渡金属硫化物TMDs是一类层状材料,基本化学式可写作MX2,其中M代表过渡金属元素,包含Ti、V、Ta、Mo、W、Re等,X表示硫属元素原子S、Se、Te等。这类材料具有奇妙的电及光电性能,可以广泛的应用于能量转换和收集。由于几个原子厚的半导体TMDs由于二维限制表现出的有趣的物理现象,如原子级薄的MoS2的栅极诱发超导、单层MoS2的谷极化和自旋极化以及MoTe2从块体转变为少层过程中的能带打开现象等,这些几个原子厚的TMDs引起了研究者们的广泛兴趣。然而,研究者们大多通过机械剥离法来获得二维层片的TMDCs,二维过渡金属硫化物层片的批量生产仍然具有挑战性。

  硒化钒是一种典型的金属性过渡金属硫化物(MTMD)。由于硒化钒中相邻V4+- V4+对的强电子耦合使得其具有金属性。通常块体硒化钒晶体通过化学气相传输技术和后续的由上至下剥离过程来获得及纳米厚的硒化钒纳米片。这个剥离过程缺乏可控性且难以量产获得大面积均匀的薄膜。而已液相法、物理气相沉积、化学气相沉积法为代表的自下而上合成方法已经被用来制备一些纳米尺度的硒化钒片或硒化钒垂直多晶薄膜等。然而可控的获得高质量、大晶粒、厚度小于10nm甚至是单层的硒化钒晶粒仍然有十分重要的意义。近年来“一步法”(金属氧化物或金属氯化物与硫属单质反应)和“两步法”(基底金属化后进行硫化)被广泛的用于试下TMDs的可控合成。前一种生长方法更有可能合成厚度可控的高质量TMDs晶体或者大面积的薄膜。这些合成方法方面的进展可以促进关于过渡金属硫化物厚度对其电/磁性能的影响方面的研究,也可以促进TMDs在电化学、锂电池等领域中的应用。

  有研究者报道了通过“一步”化学气相沉积法在原子级平整的云母基底上范德华生长获得了1T相的薄层硒化钒VSe2微晶纳米片。纳米片的厚度可以从几纳米到几十纳米调整。此外研究者发现二维单晶硒化钒表现出优异的金属性,具有超高的电导率106 S/m,比其他二维材料的电导率高了1-4个量级。   

 

  在异质外延生长机制中,晶格对称度和晶格常数需要很好的匹配。然而在范德华外延生长模型中上述要求可以放宽,这使得层状材料可以在不同晶体对称度和很大的晶格错配度(NbSe2在云母上的生长错配度高达50%)下进行异质外延生长。这一技术被用于在氟晶云母(KMg3(AlSi3O10)F2)基底上生长多种层状材料包括拓扑绝缘体、过渡金属硫化物、二维GaSe等。在这一工作中云母和硒化钒的晶格匹配度很好,表现出相同的三重对称性。此外云母的晶格常数a1=0.53 nm与硒化钒的a2=0.32nm的被匹配,晶格错配度仅-3.8%。这种良好的匹配使得硒化钒在云母上的外延生长近似于传统的同质外延模型。 

  文章链接:

  Van der Wallsepitaxial growth of 2D metallic vanadium diselenide single crystals and theirextra-high electrical conductivity.

  (Adv. Mater.2017, 29, 1702359, DOI: 10.1002/adma.201702359) 

 

  来源:中国材料网 http://www.matinfo.com.cn/mat2005/xiangmu/newsshow.asp?id=83799

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