二维三元过渡金属碲化物的相控合成及碲原子局部位移研究

近年来,二维三元过渡金属硫化物以其性能的可调性受到人们的广泛关注,这一新颖特性可通过调控其化学组成而实现。与传统二元材料相比,第三种元素的引入既可增强整个体系的自由度和可调控空间,也可赋予二维三元过渡金属硫化物更大的应用前景。

然而,目前大多数已报道的工作仅局限于半导体区间,以硫化物和硒化物的掺杂为主。由于碲化物的制备难度较高,尽管其具有许多有趣的特性,三元碲化物的制备和性能研究仍是二维三元材料研究领域的难点之一。

近日,新加坡南洋理工大学刘政教授团队的博士研究生汤碧珺成功利用一步化学气相沉积法合成出高质量的单层WTe2xS2(1-x)合金。他们通过调控前驱体的比例和氢气流速,获得了组分x从0到1的一系列单层合金材料,实现了带隙的连续调控,也首次实现了对半导体1H相和金属1T´相三元碲化物的结构调控。对1H和1T’相的WTe2xS2(1-x)合金的原子结构分析发现,与通常观察到的1T’相中金属原子的位移不同,扫描透射电子显微镜—环形暗场成像首次观察到了Te原子在1H结构中的局部位移。通过分子动力学计算,深入研究了这一现象,为全面了解合金的结构提供了重要信息。同时,该制备方法也成功运用于二维三元碲化物WTe2xSe2(1-x)的相控合成。该项工作不仅为进一步研究二维三元碲化物提供了理论依据和重要参考,也为构筑多功能光电子器件提供了可行性。

这一成果已于近日以“Phase-controlled Synthesis of Monolayer Ternary Telluride with a Random Local Displacement of Tellurium Atoms”为题在线发表于Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201900862)上。