【期刊】特邀综述 | 褶皱状蜂窝结构的单层二维材料研究进展 | 物理学报

文章信息

褶皱状蜂窝结构的单层二维材料研究进展

Research progress of puckered honeycomb monolayers

孟雨欣，赵漪凡，李绍春

物理学报. 2021，70 (14): 148101

doi: 10.7498/aps.70.20210638

原文链接：

http://wulixb.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7498/aps.70.20210638

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文章导读

石墨烯的发现被认为有潜力应用于下一代电子学领域，它的载流子迁移率超过了单晶硅，但是其本征零带隙的特性阻碍了它在逻辑电路中的器件应用^[1-4]。由于在电子学中的应用前景，其他二维材料也受到越来越多的关注，厚度降至单层时，二维材料有很多不同于单晶块体的独特性质。

黑磷是另一种具有发展潜力的材料，结构为褶皱蜂窝状，不仅具有直接带隙，而且带隙大小随层厚可调。在加盖保护层的条件下，黑磷场效应管的迁移率可以高达6×10³ cm²/(V·s)^[5-7]。但是黑磷暴露在空气中会在短时间内迅速降解，给器件的制备和使用带来困难。从黑磷出发，第Ⅴ主族的元素单层配比简单，存在扭曲蜂窝状和褶皱蜂窝状两种结构，一直是近年来的研究热点。人们发现氮、砷、锑和铋都存在一种与黑磷类似的结构^[8-10]。同时，Ⅳ-Ⅵ族二元化合物单层也具有和黑磷类似的结构，并且化学稳定性好，展现出独特的性质。

《物理学报》2021年第14期“特邀综述”栏目邀请南京大学物理学院李绍春教授等，撰写了“褶皱状蜂窝结构的单层二维材料研究进展”一文，文章介绍了一些具有褶皱状蜂窝结构的材料，着重阐述了五种单元素二维材料(氮、磷、砷、锑、铋)的结构、合成和物理性质。包括高温高压下黑磷结构氮的首次合成^[11]，磷烯的合成和光电应用^[12]，砷烯的电学性质^[13]，锑烯的分子束外延生长^[14]，铋薄膜的生长和调控^[15]。此外，还讨论了Ⅳ-Ⅵ族化合物、Ⅴ-Ⅴ族化合物等类黑磷二元二维材料，如SnSe，SnTe，GeSe等。这些材料具有独特的晶体对称性，并表现出各种激发特性，如高载流子迁移率、广泛可调的带隙、面内各向异性和自发电极化，在热电^[16]、压电^[17]、铁电^[18]等领域前景广阔。最后，文章展望了黑磷结构的二维材料未来的发展方向。随着研究的推进，在二维“烯”中肯定会有意想不到的发现，有可能给纳米科技带来重大发展。

图1   (a) 黑磷结构氮的之字形和扶手椅形排列; (b) 黑磷结构氮的晶格结构; (c) 两层叠加的黑磷结构氮^[8]; (d) 在WTe₂上制备的单层黑磷相的锑烯的STM形貌图; (e) 锑烯的原子分辨STM图像; (f) 红色曲线为单层黑磷相的Sb的-2.5至+2.5 V的STS谱, 蓝色曲线为-2.0 —+1.0 V 的放大部分^[14]

参考文献

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作者简介

李绍春

南京大学物理学院教授

1999 年于北京大学物理系获得学士学位，2004 年于中国科学院物理研究所获得博士学位。先后在美国宾州州立大学、德克萨斯大学奥斯汀分校/美国太平洋西北国家实验室、杜兰大学和哈佛大学做博士后和研究教授。2012 年入职南京大学任教授。主要研究方向为利用扫描隧道显微镜(STM) 和分子束外延(MBE) 技术研究原子尺度下的表面物理和化学。近年来的研究兴趣主要为低维量子材料，包括利用范德瓦耳斯外延生长新奇的二维材料体系，并在实验上高精度表征其电子结构，力求寻找低维体系及其异质结构中的奇异物理性质。

《物理学报》(Acta Physica Sinica) 由中国物理学会和中国科学院物理研究所主办，1933年创刊，半月刊，我国唯一被SCI收录的物理学类综合性中文期刊。历史悠久、载文量大、影响面广泛，报道和刊登国内外物理学各学科领域具有创新性、高学术水平的研究论文、研究快讯和前沿研究综述等，重点关注我国凝聚态物理学及其相关交叉学科的优秀科研成果。2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划”。

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