Advanced Materials:突破传统二维原子层材料空气稳定差的问题—开发出了基于新型三元贵金属二维材料的超高空气稳定性光电子晶体管

近年来,2D贵金属过渡金属硫族化合物(NTMCs)因其出色的特异性能,包括宽可调带隙、超高空气稳定性、结构各向异性以及适度的载流子迁移率等,而引起了材料学界和电子学界的研究关注。与最常见的2D过渡金属硫族化合物(TMDs)相比,贵金属元素与硫族元素原子之间存在着超强的d2sp3杂化,造就了NTMCs具有宽的层依赖带隙变化和强的层间相互作用。宽的层依赖带隙性赋予了2D NTMC基光电探测器具有超宽的光探测范围,可实现从可见光到近红外(NIR)和中红外(MIR)的大范围探测。此外,与其他2D材料相比,强d2sp3杂化以及由此产生的强共价层内相互作用使NTMCs纳米薄片具有更高的空气稳定性,结合其具有相对较高的载流子迁移率和开/关比,从而使其成为高稳定性场效应晶体管(FET)的理想沟道材料,具有非常好的实际应用前景。当前,2D NTMCs方面的研究正处于研究的初级阶段,急需研究人员们发现新的NTMC成员以及新的物理和化学效应。

有鉴于此,近日,中山大学于鹏团队和新加坡南洋理工大学刘政团队合作报道了一种新型2D NTMC:Ta2PdS6,具有出色的综合光电性能。在波长为633 nm,功率为0.025 W m-2的激光照射下,基于Ta2PdS6的光电晶体管具有1.42×106 A W-1的超高光响应率,7.1×1010 Jones的探测率和2.7×106的高光电导增益,归因于光浮栅效应。特别是,少层Ta2PdS6表现出良好的宽带光响应,范围从紫外波段的450 nm到短波红外(SIR)波段的1450 nm。此外,这种材料还具有优异的电子性能:电子迁移率≈25 cm2V-1s-1,开/关比为106,以及一年的空气稳定性,优于大多数报道的2D材料。本文的研究结果证明了Ta2PdS6是纳米电子和纳米光电应用中有前途的2D材料。文章以“Ternary Ta2PdS6 Atomic Layers for an Ultrahigh Broadband Photoresponsive Phototransistor”为题在线发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.202005607)上,并入选封面作为亮点报道。