Small:水热法合成对称Te纳米片的原子尺度生长机理研究

作为二维材料家族的新成员,二维碲(2D Te)近年来引起了研究人员的广泛关注,理论计算和相关实验都揭示了其优异的物理、化学性质,如高载流子迁移率、带隙可调、良好的空气稳定性等,使得它成为电子和光电子器件应用的潜在候选者。相关实验证明了基于2D Te的光电探测器、场效应晶体管等器件展现出优异的性能。

目前,2D Te的合成方法有很多,包括化学气相沉积法、液相剥落法和水热法等,其中水热法的应用范围较广,其能够制备厚度可调、高质量、大面积的二维Te晶体。之前曾有报道详细研究水热法合成过程中2D Te的生长,揭示了从1D Te向2D Te的演变过程。然而,水热法合成的产物中经常会出现一些对称的Te纳米片,它们的形成常常被忽略,没有引起研究者的关注。由于尺寸和形状是调节纳米材料性能的两个关键因素,因此深入了解2D Te生长过程中的形状演变过程显得尤为重要。

最近,华中科技大学武汉光电国家研究中心李露颖副教授(高义华教授团队)和湖北大学材料科学与工程学院张蕾副教授合作,在国际权威学术期刊《Small》上在线发表了题为“Study of the Growth Mechanism of Solution-Synthesized Symmetric Tellurium Nanoflakes at Atomic Resolution”的文章(DOI:10.1002/smll.202005801),从原子尺度揭示了水热法合成过程中对称Te纳米片的形状演变机理。该团队利用水热法合成了Te纳米片,并结合透射电子显微学相关表征技术,着重对产物中对称的Te纳米片进行了研究,发现这些纳米片展现出各种对称形状(包括“V形”、“心形”、“纸飞机形”)。通过高分辨成像技术,实验观察到这些纳米片的对称轴区域存在明显的摩尔条纹(moiré fringe),作者根据相应高分辨图像的傅里叶变换揭示了形成摩尔条纹的晶面组合。通过原位电子束辐照以及聚焦离子束制备的纳米片截面样品,作者分别从侧面和正面证明了这些对称的纳米片是由两片形状、尺寸相当的梯形或三角形纳米片组合而成,而其中摩尔条纹的形成是由于两片纳米片边缘重合造成部分晶面叠加引起的。基于以上分析和进一步研究,作者发现这些对称纳米片的形状演变遵循一定的规律,并提出了其形状演变的机理。该工作填补了水热法制备2D Te过程中对称纳米片形状演变的研究空白,有助于研究者更好地理解2D Te的生长及可控制备,并将促进2D Te在未来的相关应用。

该工作得到了国家自然科学基金(51871104,11974104)、中央高校基本科研业务费专项资金(No.2019kfyRCPY074)等项目资助。李露颖副教授为论文通讯作者,硕士研究生李陈为第一作者,张蕾副教授,龚甜,程永发,李丽,贾双凤,祁亚军副教授,王建波教授、高义华教授为共同作者参与相关工作。