我校物质学院薛加民课题组新型二维材料研究取得重要进展
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发布日期:2017-02-27
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近日,我校物质学院光子科学与凝聚态物理研究部助理教授薛加民课题组在新型二维材料SnS的电子输运方面所取得重要进展,成果以“Two-Dimensional SnS: A Phosphorene Analogue with Strong In-Plane Electronic Anisotropy”为题,发表在2017年1月20日的国际学术杂志《ACS Nano》上。该工作由薛加民课题组研究生田振、郭成磊、赵明星和李冉冉共同完成,薛加民为通讯作者,上科大为第二单位。

SnS(硫化亚锡)是一种天然矿物,其块体材料具有奇特的层状结构(如图1所示)。因其在薄膜太阳能电池、锂电池电极等方面的应用前景而得到广泛的研究。近年来,人们开始关注单层或少层SnS。有较多的理论工作预言了二维SnS的铁电、压电、谷电子学以及各向异性的电子输运等奇特的物理性质。然而,实验方面的工作还十分缺乏。

图1左图展示了在大块基岩中伴生的SnS天然矿石(www.mindat.org);右图展示了SnS的层状晶格结构。


薛加民课题组三年级研究生田振等利用物理气相传输的方法生长了二维SnS单晶,并利用透射电子显微镜和角分辨拉曼光谱技术分析了所获单晶的晶格取向。通过材料转移和器件设计的创新,获得了高质量的电子学器件(图2左上),用来研究其电子输运的性质。

该课题组发现,二维SnS表现出了极强的面内电子输运的各向异性。电子沿Zigzag晶格方向传输时,其电子迁移率是沿面内垂直方向(Armchair)的1.7倍(图2左下),Zigzag方向的电导率始终大于Armchair方向(图2右)。这源于SnS特殊的“褶皱”晶格结构所导致的能带结构各向异性。该发现为深入研究二维SnS的其他奇异性质奠定了基础。

图2(左上)用于研究SnS各向异性输运的器件结构;(左下)不同温度下沿Zigzag和Armchair两个晶格方向的电子迁移率;(右)不同温度下沿Zigzag和Armchair方向的背栅响应。可以看出,沿Zigzag方向的电导率始终高于Armchair方向。


该研究得到了上科大科研启动经费、国家自然科学基金青年科学基金项目和上海市科技启明星的支持,也得到了中科院上海微系统所超导中心的大力协助。

论文链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b08704

薛加民课题组关注利用输运和扫描隧道显微镜技术研究新型量子材料的电子学性质。

个人简介:http://www.shanghaitech.edu.cn/faculty/spst/people/1037.html