(a, d, g, j) Optiska mikroskopibilder av 2D Fe1–xSe, Co1–xS, Cr1–xS och V1–xS. (b, e, h, k) HAADF-STEM-bilder av 2D Fe1–xSe, Co1–xS, Cr1–xS och V1–xS. (c, f, i, l) Atomupplösta EDS-kartor över Fe-, Co-, Cr- och V-element. Kredit:Science China Press
Tvådimensionella övergångsmetallkalkogenider (2D TMC) har rönt stort intresse på grund av deras rikliga materialval och möjliga användning inom många områden som elektronik och optoelektronik. Som ett komplement till de allmänt studerade skiktade TMC:erna (t.ex. MoS2 ), är icke-skiktade TMC:er unika. De uppvisar omättade hängande bindningar på ytan och stark bindning mellan lagren och mellan lagren.
Hittills - begränsade av etablerade beredningsmetoder - har undersökningarna av dessa icke-skiktade TMC-material huvudsakligen förblivit på bulkar eller polykristallina filmer, vilket hindrar utforskningen av deras fysikaliska egenskaper och egenskaper vid 2D-tjockleksgränsen. I en nyligen publicerad artikel publicerad i Science Bulletin , en grupp ledd av Profs. Bilu Liu och Hui-Ming Cheng från Tsinghua-Berkeley Shenzhen Institute (TBSI) vid Tsinghua University och Profs. Junhao Lin och Yue Zhao från Southern University of Science and Technology har utvecklat en ny metod för tvåmetallprekursorer, som realiserar den kontrollerbara tillväxten av olika icke-skiktade 2D TMC:er, inklusive Fe1-x S, Fe1-x Se, Co1-x S, Cr1-x S och V1-x S.
I denna dubbelmetalltillväxtmetod användes blandningen av metallklorid med låg smältpunkt och motsvarande metallpulver med hög smältpunkt som tvåmetallprekursorer. Under gasfasreaktionsprocessen kontrollerades förångningshastigheten väl för att ge en konstant metallkälla och underlätta tillväxten av icke-skiktade 2D TMC:er med tunn tjocklek. Tar hexagonalt Fe1–x S som ett exempel är tjockleken ner till 3 nm med en sidostorlek upp till>100 μm.
Tack vare den ultratunna naturen och plana ytan hos de erhållna flingorna, strukturen och transportbeteendena hos Fe1-x S vid 2D-tjockleksgränsen mättes vid första gången. Avancerade mikroskopiinspektioner visar att lediga katjoner finns i den icke-skiktade TMC-familjen. I skarp kontrast är anjonvakanser (S, Se och Te) välkända dominerande punktdefekter i vanliga skiktade TMC:er som MoS2 . Lågtemperaturtransportmätningar och teoretiska beräkningar visar att 2D Fe1–x S är en halvledare med ett smalt bandgap på 20–60 meV. Jämfört med andra 2D-material med smalt bandgap som 1T'-MoTe2 och svart fosfor, 2D Fe1–x S visar bättre luftstabilitet och termisk stabilitet. Detta arbete löser i huvudsak problemet med att odla ultratunna icke-skiktade material, och tillhandahåller således materialbas för både grundläggande studier och tillämpningar av dessa nya familjer av icke-skiktade 2D-material. + Utforska vidare
