北理工教授在二維材料晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控方面取得重要進展
發(fā)布日期：2023-09-25 供稿：物理學(xué)院 攝影：物理學(xué)院
編輯：王莉蓉 審核：陳珂 閱讀次數(shù)：
日前,，北京理工大學(xué)物理學(xué)院周家東教授與段俊熙副研究員開展合作,，在二維釩基自插層硫族化合物的體系中,，通過化學(xué)氣相沉積方法,，基于二元金屬前驅(qū)體共反應(yīng)機制，可控合成二維自插層V3S5晶體材料,，并研究其相關(guān)物性,。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際頂刊《Advanced Functional Materials》上。
二維過渡金屬硫族化合物的原子結(jié)構(gòu)調(diào)控研究,，為實現(xiàn)超導(dǎo),、層間激子、磁性,、電荷密度波等物理性質(zhì)提供了一個有效手段,。對于調(diào)控二維過渡金屬硫族化合物的原子結(jié)構(gòu)，以期實現(xiàn)新奇物性觀測,，原子插層是一個有效手段,。在Cr1+xTe2，Nb1+xS2,，TaxS(Se)y和VxSy插層體系中,，具有多種物理性質(zhì)的VxSy家族化合物可應(yīng)用于自旋電子學(xué)器件。例如,， 化學(xué)氣相輸運法（CVT）制備的V5S8晶體在32 K處展現(xiàn)出反鐵磁相變,，分子束外延法（MBE）所得到的V9S16和V5S8+x晶體觀測到電荷密度波（CDW）相變，化學(xué)氣相沉積法（CVD）制備的VS2-VS超晶格結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出室溫面內(nèi)霍爾效應(yīng),。綜上所述,，不同占位的V原子插層到VS2層間，可以獲得豐富的物理性質(zhì),。然而,，通過化學(xué)氣相沉積法制備出具有不同V原子層間占位的自插層VxSy結(jié)構(gòu)仍舊是一個難題。
基于此,，通過化學(xué)氣相沉積方法,，我們提出一種二元金屬前驅(qū)體共反應(yīng)的生長機制，在生長過程中調(diào)控釩源蒸汽壓,，成功合成二維自插層V3S5晶體,。首先,，金屬性V3S5晶體在20 K左右展現(xiàn)出相變,。其次，源于V3S5自身的電電相互作用,，在低溫下二維V3S5晶體觀測到電阻上升和不飽和負磁阻,。該工作不僅促進了大家對釩基硫族化合物生長機制的認識，又為合成其余自插層過渡金屬硫族化合物提供了新的啟發(fā),。
圖1. V3S5晶體的合成和表征,。（a,，b）V3S5 的原子結(jié)構(gòu)。（c）二維V3S5晶體合成機制,。（d）二維V3S5的光學(xué)形貌,。（e）V3S5的AFM圖。（f）V3S5厚度相關(guān)拉曼光譜,。（g）二維V3S5 XPS光譜;（h,，i）分別為 S 2p 和 V 2p 對應(yīng)的 XPS 光譜。
圖2. 二維V3S5可控生長,。（a-c）V3S5光學(xué)形貌分別生長于520 ?C（a）,，550 ?C（b）和580 ?C（c）。（d）不同生長溫度下V3S5平均厚度分布,。（e-g）V3S5在不同生長時間分別生長于1 min（e）,、5 min（f）和10 min（g）光學(xué)形貌。（h）二維V3S5平均尺寸與生長時間的關(guān)系,。（i-k）V3S5在不同氬氣流速下生長的光學(xué)形貌分別生長于80 sccm（i）,、100 sccm（j）和120 sccm（k）。（l）V3S5平均厚度與Ar流速的關(guān)系,。
圖3. 在1064 nm激光下V3S5的SHG信號,。（a） SHG測試示意圖。（b） 激光功率和SHG強度的關(guān)系;（c）二次非線性系數(shù)擬合圖;（d）SHG強度分別沿V3S5平行和垂直方向的偏振角變化關(guān)系,。
圖4. 二維 V3S5的STEM表征,。（a）V3S5晶體的TEM圖像及S（b）和V（c）元素TEM-EDS mapping。（d）V3S5晶體STEM-HAADF圖像,。（e）V3S5晶體電子衍射花樣,。（f）V3S5晶體的截面STEM-HAADF圖像。
圖5. 二維V3S5晶體的電學(xué)性質(zhì),。（a）電阻隨溫度變化曲線,。（b）不同磁場下電阻隨溫度變化曲線。（c）在不同溫度下磁阻變化,。（d）不同溫度下霍爾電阻Rxy 隨磁場的變化,。（e，f）載流子密度和遷移率隨溫度的變化,。
北京理工大學(xué)為該工作第一單位,，物理學(xué)院博士生王平為該工作第一作者，北京理工大學(xué)物理學(xué)院周家東教授與段俊熙副研究員為該工作共同通訊作者,。該工作得到了國家自然科學(xué)基金,，北京理工大學(xué)基金項目的支持。
相關(guān)論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202308356
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