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金箔上均一單層二硒化錸單晶:可控合成和在位表徵

二維過渡族金屬硫化物(TMDCs)憑藉其獨特的能帶結構,新奇的物理化學性質,以及優異的器件和催化性能成為了繼石墨烯之後又一類明星材料。其中,二硒化錸(ReSe2)具有不同於傳統二維TMDCs的結構和性質(低晶格對稱性和弱層間耦合的特性),在光/電學性質方面表現出面內各向異性,並在偏振敏感光電探測器、偏振控制器等方面具有極大應用價值。然而,可控制備高質量、大面積、層厚均勻的ReSe2仍面臨著巨大挑戰。另外,對於多晶ReSe2疇區邊界的識別,目前主要依賴拉曼光譜、透射電子顯微鏡(TEM)等表徵手段。TEM識別需要對樣品進行轉移,可能造成ReSe2疇區邊界的污染和破碎。因此,尋找在位的疇區邊界識別方法是目前科研工作者們關注的熱點問題之一。低能電子顯微鏡/衍射(LEEM/LEED)和掃描隧道顯微鏡/隧道譜(STM/STS)可以直接對金屬基底上的樣品進行在位的高分辨表徵,揭示其形貌、疇區邊界/取向和電子結構等本徵信息。

最近,《通訊-化學》在線刊發了北京大學張艷鋒研究員和中國科學院大連化學物理研究所傅強研究員聯合團隊(共同通訊)的研究論文「Direct synthesis and in situ characterization of monolayer parallelogrammic rhenium diselenide on gold foil」,報道了他們在高質量均一單層的單晶ReSe2的可控制備及其在位表徵研究方面的重要進展。他們認為,金箔基底合成ReSe2具有三大優勢:(1)高溫下不與硒反應生成硒化物;(2)對材料的生長具有催化活性;(3)高溫下錸原子在金中的溶解度極低。鑒於此,他們採用常壓化學氣相沉積(APCVD)方法,發現ReSe2在金上遵循自限制表面催化生長的機制,實現了高質量、均一單層的ReSe2單晶的製備。另外,由於其各向異性的結構特點,金上合成ReSe2的形貌為具有特定角度(~119o)的平行四邊形。此外,他們利用ReSe2與金箔基底具有很好導電性的特點,採用LEEM/LEED和STM/STS表徵技術,實現了單層ReSe2原子尺度結構、疇區邊界以及能帶結構等的直接觀測。高質量、均一單層、單晶ReSe2的可控制備以及在位表徵的系列結果,對材料的基本物性探索和實際應用奠定了堅實的基礎。

金箔上APCVD製備的高質量、均一單層ReSe2單晶及其LEEM/LEED和STM/STS在位表徵結果

該工作也得到了北京大學張青研究員、童廉明副研究員以及大連理工大學趙紀軍教授的大力支持。該研究得到了國家自然科學基金委和科技部國家重點研發計劃納米科技專項等項目的資助。

金箔上均一單層二硒化錸單晶:可控合成和在位表徵

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