最近，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗室由中美聯(lián)合培養(yǎng)的博士后Sefaattin Tongay等人在吳軍橋教授、李京波研究員、李樹深院士的團(tuán)隊中，在二維ReS2 材料基礎(chǔ)研究中取得新進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)ReS2 是一種新的二維半導(dǎo)體材料。相關(guān)成果發(fā)表在2014年2月6日的《自然-通訊》上，即Nature Communication, 2014,5, Article number:3252, doi:10.1038/ncomms4252。該論文以半導(dǎo)體所超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗室為第一單位。
近年來，二維半導(dǎo)體材料因擁有新穎的物理性質(zhì)而成為納米科學(xué)的研究熱點(diǎn)，除石墨烯以外，過渡金屬硫?qū)倩衔铮ū热鏜oS2等二維材料）也受到了廣泛的關(guān)注。這類材料由厚度僅為數(shù)個原子的二維單層堆積而成，層與層之間為范德瓦耳斯作用。在人們的傳統(tǒng)觀念中，當(dāng)這類層狀材料的層數(shù)逐漸減少直至單層的過程中，其電子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)往往發(fā)生很大的改變，比如帶隙寬度顯著增大，間接帶隙向直接帶隙轉(zhuǎn)變，以及晶格振動能的改變等等。該項研究發(fā)現(xiàn)在ReS2中，單層和多層或者體材料的物理性質(zhì)幾乎完全一樣，體材料的ReS2就像由無耦合的ReS2單層堆積而成，從而改變了人們對二維材料的傳統(tǒng)認(rèn)識。研究表明，從體材料到單層，ReS2始終保持直接帶隙，帶隙值的變化非常小，并且拉曼譜也不會隨層數(shù)的改變而變化。靜壓實(shí)驗發(fā)現(xiàn)ReS2的光吸收譜和拉曼譜對于層間距的變化也不敏感，進(jìn)一步證實(shí)了ReS2的層間退耦合。密度泛函計算顯示，單層的ReS2為1T相，并且會產(chǎn)生佩爾斯畸變。這一畸變將會阻止ReS2的有序堆積，并將層間電子波函數(shù)的交疊最小化，從而導(dǎo)致層間退耦合。ReS2體材料的這種特性將使得它成為研究二維材料新奇物理性質(zhì)（如二維激子效應(yīng)）的一個優(yōu)良的平臺，而無需制備高質(zhì)量的單層材料。這些成果將對二維材料的實(shí)驗研究產(chǎn)生重要影響。這一發(fā)現(xiàn)豐富了人們對二維材料的認(rèn)識。
該工作得到了國家杰出青年基金和科技部“973”項目的支持。
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