Small:偶数层PdSe2的各向异性生长行为及其扫描隧道显微镜研究

二维过渡金属硫族化合物(TMDCs)由于其新奇的物理化学性质,以及优异的器件性能和在能源和催化领域的应用前景吸引了人们的广泛关注。在这个材料大家族中,二硒化钯(PdSe2)具有不同于传统二维TMDCs的结构(褶皱的五边形结构)和随层厚可调的带隙(0~1.3 eV;体相到单层)、超高的载流子迁移率(~216 cm2·V-1·s-1)、优异的空气稳定性、各向异性的光/电学性质等,在场效应晶体管、偏振敏感光电探测器等方面具有重要的应用前景。

然而,直接合成高质量、超薄的二维PdSe2仍面临着巨大的挑战。此外,由于在位高分辨表征等方面的缺失,二维极限下PdSe2的生长行为以及其电子结构的表征仍不太清晰。建立新的生长体系,例如导电金属Au衬底上的生长体系,可以为揭示相关问题提供理想的模型。扫描隧道显微镜/隧道谱(STM/STS)可以直接对金属衬底上的样品进行在位的高分辨表征,揭示其形貌、畴区取向和电子结构等本征信息。

Au箔上APCVD法合成的偶数层条带状PdSe2的形貌和电子结构

北京大学工学院张艳锋课题组利用常压化学气相沉积(APCVD)方法,合成出了高质量的二维PdSe2纳米片,并对其生长行为进行了深入的研究。他们认为,利用Au箔作为衬底来制备PdSe2拥有两大优势:(1)高温下Au与Se不发生化学反应,能够实现稳定的高品质生长,该体系也兼容在位的高分辨表征手段;(2)Au对该类材料的生长具有催化活性,促进其二维生长。鉴于此,他们利用APCVD方法实现了高质量、超薄PdSe2单晶纳米片的制备。另外,由于PdSe2正交对称性的晶体结构,以及Au衬底面心立方结构的诱导作用,Au上合成的PdSe2具有条带状的形貌,表现出各向异性的生长行为。此外,他们利用STM/STS表征技术并结合理论计算,证实了PdSe2独特的偶数层(2~20层)生长机制。高质量、偶数层、条带状PdSe2单晶的直接合成对其基本物性的探索,以及在高性能电子/光电子器件应用方面提供了实验依据。

相关结果以题为“Anisotropic Growth and Scanning Tunneling Microscopy Identification of Ultrathin Even-Layered PdSe2 Ribbons”发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201902789)上。