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2016年二維材料方面系列新研究成果
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http://zs.njust.edu.cn/9f/6c/c4621a106348/page.htm 近日，我校納米光電材料研究所、格萊特納米科技研究所、材料科學(xué)與工程學(xué)院的曾海波教授團(tuán)隊(duì)在二維材料的理論設(shè)計(jì)與光電特性實(shí)驗(yàn)研究中取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《Semiconducting Group 15 Monolayers: A Broad Range of Band Gaps and High Carrier Mobilities》、《Near-Infrared Plasmonic 2D Semimetals for Applications in Communication and Biology》為題，于2016年1月分別發(fā)表于化學(xué)與材料科學(xué)國際權(quán)威期刊《應(yīng)用化學(xué)》、《先進(jìn)功能材料》上。這兩項(xiàng)工作由南京理工大學(xué)、美國University of Puerto Rico、南京師范大學(xué)、中科院上海技術(shù)物理所、湖北大學(xué)、濟(jì)南大學(xué)等單位合作完成，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院講師張勝利博士、2015級博士研究生朱正峰開展了主要工作。兩篇論文通信作者均為曾海波教授。 二維層狀半導(dǎo)體材料具有超輕超薄超柔的溝道、較高的遷移率等特點(diǎn)，是后摩爾時(shí)代微電子及光電子器件應(yīng)用所需要的一類重要材料。但目前發(fā)現(xiàn)的主要二維材料，包括石墨烯、過渡金屬硫化物、黑磷等，都很難同時(shí)滿足適當(dāng)帶寬、高遷移率、高穩(wěn)定性等關(guān)鍵要求。針對這一問題，曾海波團(tuán)隊(duì)在新型二維材料理論設(shè)計(jì)與光電特性方面開展了系統(tǒng)研究。2015年，圍繞塊體為典型半金屬的砷、銻、鉍等第五主族材料，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了二維砷烯與銻烯的原子結(jié)構(gòu)，并預(yù)測了其半導(dǎo)體性電子結(jié)構(gòu)(Angew. Chem. In. Ed. 2015, 54, 3112)。 2015年1月15號，《自然》對砷烯與銻烯的光電子應(yīng)用前景進(jìn)行了亮點(diǎn)報(bào)道后，該方向已經(jīng)在國際上出現(xiàn)了70余篇研究論文。但是除了帶隙能量以外，它們的價(jià)帶頂能量、導(dǎo)帶底能量、遷移率等對將來的器件設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。最近，該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地探索了第五主族單原子二維材料的以上關(guān)鍵特征，包括磷烯、砷烯、銻烯、鉍烯等。結(jié)果表明它們的帶隙能量涵蓋0.36至2.62 eV，對應(yīng)于從紅外到可見的寬光譜響應(yīng)。價(jià)帶頂分布于-4.66到-3.05 eV之間，導(dǎo)帶底分布于-3.08到-1.22 eV之間。令人興奮的是，結(jié)果表明它們會(huì)具有較高的遷移率，尤其是α相砷烯，高達(dá)105 cm2V-1s-1，與石墨烯相當(dāng)，高于目前電子器件經(jīng)典材料硅，也高于經(jīng)典光電子材料三五族半導(dǎo)體。這些結(jié)果為第五主族單原子二維材料的電子與光電子器件設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵參數(shù)。 另一方面，鑒于生物與通訊應(yīng)用需要，位于紅外波段的局域表面等離子體（LSPR）一直是研究的熱點(diǎn)，但是往往需要對貴金屬進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)控才能獲得。最近，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)二維半金屬材料，比如硫化鈦納米片，具有與紅外窗口天然匹配的局域等離子體共振吸收，位于1000至1400 納米之間。理論模擬表明，這種本征特性正是來源于二維半金屬的電子結(jié)構(gòu)、合適的載流子濃度、較高的遷移率。參與合作的湖北大學(xué)顧豪爽團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)這種與生物窗口匹配的LSPR能夠誘導(dǎo)50℃升溫，有望應(yīng)用于癌癥的光熱治療。參與合作的中科院上海技術(shù)物理研究所胡偉達(dá)團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)這種LSPR能夠顯著增強(qiáng)通訊窗口的光探測器性能。這些結(jié)果為LSPR的二維效應(yīng)理解及其在生物與通訊方面的應(yīng)用提供了重要的基礎(chǔ)。 這兩項(xiàng)工作表明二維限制效應(yīng)能讓半金屬材料出現(xiàn)奇異的轉(zhuǎn)變，有可能使它們變成半導(dǎo)體，而且產(chǎn)生的導(dǎo)帶底、價(jià)帶頂、遷移率、帶隙能量等關(guān)鍵參數(shù)適合電子與光電子器件應(yīng)用，也有可能讓它們出現(xiàn)與生物及通訊窗口天然匹配的局域表面等離子體光學(xué)特性。 該項(xiàng)研究得到了國家重大科學(xué)研究計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、國家自然科學(xué)基金青年基金、萬人計(jì)劃青年拔尖人才等項(xiàng)目的資助。 相關(guān)文章鏈接如下： 1)Shengli Zhang, Meiqiu Xie, Fengyu Li, Zhong Yan, Yafei Li, Erjun Kan, Wei Liu, Zhongfang Chen, Haibo Zeng,* Semiconducting Group 15 Monolayers: A Broad Range of Band Gaps and High Carrier Mobilities, Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 1666-1669. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201507568/epdf 2)Shengli Zhang, Zhong Yan, Yafei Li, Zhongfang Chen,* Haibo Zeng,* Atomically Thin Arsenene and Antimonene: Semimetal–Semiconductor and Indirect–Direct Band‐Gap Transitions, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 3112-3115. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201504884/pdf 3)Zhengfeng Zhu, Yousheng Zou, Weida Hu, Yuebin Li, Yu Gu, Bingqiang Cao, Nan Guo, Lin Wang, Jizhong Song, Shengli Zhang, Haoshuang Gu, Haibo Zeng,*Near-Infrared Plasmonic 2D Semimetals for Applications in Communication and Biology, Adv. Funct. Mater. DOI: 10.1002/adfm.201504884. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201504884/pdf 2016-02-01_111329.jpg |
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7樓2016-02-01 22:29:48
8樓2016-02-08 21:42:54
9樓2016-02-10 22:19:37
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簡單回復(fù)
2016-02-01 11:30
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hxm828(金幣+1): 謝謝參與
2016-02-01 11:34
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hxm828(金幣+1): 謝謝參與
2016-02-01 11:34
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吉海5樓
2016-02-01 11:34
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hxm828(金幣+1): 謝謝參與
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