北航孙志梅教授Nanoscale Horiz.封面：二维铟锗碲半导体的可控相变及高光伏性能

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研究背景及结果简介

自石墨烯的发现以来，诸多二维材料（如硅烯、锗烯、磷烯及其同素异构体、MXene 和过渡金属硫属化合物等）在实验上被成功制备并用于场效应晶体管、发光器件、锂/纳离子电池、超级电容器、光伏太阳能电池和光催化等领域。然而，在二维晶体中引入和调控磁性仍非常具有挑战性。拥有可控磁性且能用于自旋电子器件的二维新材料依然稀缺。此外，为满足高效光伏和光电子领域的应用需求，寻找具有合适带隙和强可见光吸收的二维半导体具有重要意义。因此，为研制高性能超薄半导体自旋电子器件和光电器件，发展综合性能优异的新型二维半导体材料是当前研究领域中的难点和热点，也是亟待解决的重要科学问题。

北京航空航天大学孙志梅教授团队通过第一原理计算和分子动力学模拟等方法预测了新型低维半导体材料——In₂Ge₂Te₆，并系统研究了其相关性能。理论计算表明：二维 In₂Ge₂Te₆ 晶体显示出高稳定性和低剥离能，故可通过机械剥离或液相剥离法从实验上制备获得。它具有直接带隙和高载流子迁移率，并可通过施加应变来调控。得益于单层电子结构中的类墨西哥帽带边和范霍夫奇点，通过载流子掺杂可获得铁磁态和反铁磁态，并伴随着半导体-金属转变。此外，In₂Ge₂Te₆ 在可见光光谱范围内表现出优异光学吸收特性和高光伏转换效率。因此，低维 In₂Ge₂Te₆ 在自旋电子和光电等器件等诸多技术中具有潜在应用。该工作还提出了通过施加范德华压力来调节材料层间距以获得不同的原子堆垛和电子性质的新思路。

该成果以“Tunable Phase Transitions and High Photovoltaic Performance of Two-Dimensional  In₂Ge₂Te₆ Semiconductors”为题，发表在英国皇家化学会的纳米领域领军期刊 Nanoscale Horizons 上，并入选为期刊封面文章(Inside Front Cover)。

▲	晶体结构、电子结构、剥离能及稳定性

▲	载流子调控的电子及磁相变

▲	范德华压力下的原子堆垛及电子结构

▲

光吸收及光伏性能

文章信息

• Tunable Phase Transitions and High Photovoltaic Performance of Two-Dimensional In₂Ge₂Te₆ Semiconductors
  Naihua Miao*（缪奶华，北京航空航天大学）, Wei Li, Linggang Zhu, Bin Xu, Jian Zhou, Stephen R. Elliott and Zhimei Sun*（孙志梅，北京航空航天大学）
  Nanoscale Horiz., 2020, 5, 1566-1573.
  

原文链接
http://dx.doi.org/D0NH00395F

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