InfoMat:过渡金属二硫化物的拓扑结构-制备、效应、应用和发展前景

过渡金属硫化物(TMDs)因量子约束产生了许多特殊性能,如直接带隙、强自旋轨道耦合以及量子约束带来的优异电子和光学性能等。其特殊的电子结构在光电器件应用方面展现出了巨大潜力,但是这些光电子器件的研究仅仅是基于其本征结构和异质结等方面。以本征过渡TMDs为基体的自组装结构研究较少,逐渐演变成一个新的研究领域。根据最新报道,拓扑结构包括褶皱、折叠及纳米卷等结构,不仅能够改变本征的电子结构,从而显示了新颖的物理性质,而且能够改善光电子器件的性能,包括提高电子迁移率和光响应等。针对于TMDs拓扑结构的最新研究,北京师范大学刘楠教授团队系统地总结了各类拓扑结构的制备方法,基于拓扑结构产生的新颖的物理性质及在光电子学方面的应用。该工作重点部分介绍如下:

  (1)首先,文章总结了近年来拓扑结构的制备方法,主要分为可控制备和不可控制备两种,对于探究TMDs材料新的物理性质和光电应用有重要的意义。从不可控制备的方面来说,褶皱结构通常会出现在破坏层间范德华力的微机械剥离,材料与基底热膨胀系数有差异的CVD生长及本征材料转移等过程中;折叠结构会产生于褶皱的坍塌,微机械剥离及本征材料转移等过程中。从可控制备的方面来说,褶皱能够产生于基底的机械应变以及加热处理;折叠结构能够通过高分辨率扫描透射电子显微镜进行3D重构获得;纳米卷结构在外力辅助下产生,像氩气轰击、乙醇处理等。

(2)其次,文章总结了几种新颖的基于TMDs拓扑结构产生的新的物理性质。褶皱结构产生了局部应变,进而调控了材料的电子带隙。此外,单光子发射(single-photon emitters)也能在褶皱结构上观察到。折叠结构能够产生二次谐波(second harmonic generation)及降低层间耦合。纳米卷结构能和功能材料杂交扩展其光学应用。随后文章总结了最新的关于拓扑结构的光电应用,拓扑街结构明显地提高了TMDs材料光电性质,例如电子迁移率,光响应等。

(3)最后,文章对拓扑结构制备方法和光电应用的一些挑战和发展前景进行了总结。该综述对于探索TMDs材料新的物理性质及制备高性能器件提供了很好的指导意义,并对相关领域的其它研究提供了一定的参考价值。

光电子应用的过渡金属硫化物拓扑结构概述

该工作以题“Topological structures of transition metal dichalcogenides: A review on fabrication, effects, applications, and potential ”在InfoMat上在线发表(DOI: 10.1002/inf2.12156)。

刘楠教授课题组主页:http://chem1.bnu.edu.cn/liunan/