Advanced Materials:二维碲片应变工程光电性能研究

应变工程通常指一类半导体加工工艺,旨在通过力学拉伸或压缩应变来提高器件的性能。微处理器制造商如AMD、IBM和Intel已经报道利用应变工程在亚130纳米技术中的使用。现如今,应变工程已经作为一种成熟的工艺技术应用于我们身边形形色色的电子器件中。超薄二维纳米片由于其优异的机械性能允许引入巨大的应变以及设计复杂的应变场而不会断裂。近年来研究者们通过精确的机械操纵来探索机械应变对二维材料内部各向异性的光电性能的影响。从理论和实验上都证实二维半导体的应变工程已经可以作为理性的有效方法来操纵原子结构,晶格振动,电子和光学特性以提高工业领域相关的器件性能。2D碲(Te)作为一种新兴的二维半导体具有高载流子迁移率,高光电活性,出色的空气稳定性,强大的自旋轨道相互作用,手性诱导的Weyl节点等特殊结构。二维Te由各向异性的手性链晶格组成, 每个Te原子与其他两个在同一条链上相邻的Te原子以共价键合,而链间相互作用比共价键弱。应变工程对二维Te各向异性影响的系统研究将有助于深化对这种新材料和设计的基本了解以及开发功能更强大的设备应用程序。

美国普渡大学武文倬教授课题组系统地研究了在溶液法生长的大面积2D Te晶体中设计并引入可控屈曲几何形状,使其获得各向异性的光电特性。通过实验和理论研究来表征了屈曲几何形状的波长和弯曲几何的幅度以及局部应变。拉曼光谱揭示了在相应应变条件下2D Te的手性链晶格的各向异性的晶格振动。相较于 [0001]晶面, [1210]晶面由于没有共价键,且拥有更大的链间距(0.35nm),使其可以在不显著改变键角的同时释放应力。同时还进一步探索了将屈曲的2D Te用于高应变系数的超拉伸应变传感器的可行性。 结果表明2D Te有望在设计和实现柔性可穿戴功能设备中成功应用。此基底诱导的可控应力施加的实验平台同时可以用于其他二维材料应力工程性能研究。相关结果发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.202002342)上。