近日，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院量子信息技術(shù)中心團(tuán)隊(duì)在以GeSe為代表的IVAVIB大面積單原子層材料制備和能帶結(jié)構(gòu)確定，及其器件測(cè)試分析研究中取得最新進(jìn)展。

　　目前已有近百種二維材料被人們發(fā)現(xiàn)，包括第四主族單質(zhì)、第三和第五主族構(gòu)成的二元化合物、金屬硫族化合物、復(fù)合氧化物等。這些發(fā)現(xiàn)不僅打破了長久以來二維晶體無法在自然界中穩(wěn)定存在的說法，其自身的特性更是呈現(xiàn)出許多新奇的物理現(xiàn)象和電子性質(zhì)，如半整數(shù)、分?jǐn)?shù)和分形量子霍爾效應(yīng)、高遷移率、能帶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變等。IVAVIB單晶二維材料MX（M=Ge,Sn；X=S,Se）因極高穩(wěn)定性、環(huán)境友好性、豐富蘊(yùn)藏量，以及從材料結(jié)構(gòu)到性能上與黑磷烯的相似性而受到廣泛關(guān)注。基于第一性原理方法對(duì)MX的能帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算、對(duì)其從間接帶隙到直接帶隙的臨界層厚，以及基于其C2v對(duì)稱結(jié)構(gòu)的壓電性能理論預(yù)測(cè)的研究已多有報(bào)道。但受其脆性影響，該類型材料難以直接采用物理撕裂法制備得到單原子層材料。采用化學(xué)合成方法，也難以獲得較大面積的單原子層（大于1微米）。因此，對(duì)IVAVIB單晶二維材料的研究迄今仍停留在理論預(yù)測(cè)階段。

　　在MX中，GeSe理論上被認(rèn)為是唯一具有直接帶隙的材料，且該材料的光譜范圍預(yù)測(cè)幾乎覆蓋了整個(gè)太陽光光譜，這使它在量子光學(xué)、光電探測(cè)、光伏、電學(xué)等領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力。據(jù)此，重慶研究院量子信息技術(shù)中心團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，利用單晶硅表面二氧化硅的隔熱效果和激光減薄方法，可以在一定激光功率密度下不斷地減薄GeSe的層厚，直至單原子層。其減薄機(jī)理是激光在GeSe表層產(chǎn)生高熱，由于GeSe材料本身的層狀特性，難以將熱量及時(shí)傳導(dǎo)出去，導(dǎo)致層厚被不斷減薄。當(dāng)GeSe的層厚被減薄至單原子層時(shí)，整個(gè)SiO2/Si可以被看作熱沉而無法繼續(xù)減薄。利用此方法，該團(tuán)隊(duì)首次實(shí)驗(yàn)制備出了100微米以上的GeSe單原子層材料，基于熒光譜、拉曼譜等方法對(duì)GeSe單原子層的原子和能帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，并基于第一性原理方法理論印證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算表明，GeSe單原子層的熒光譜非常寬，從可見光波段到近紅外波段發(fā)現(xiàn)了8個(gè)熒光峰，從間接帶隙到直接帶隙的轉(zhuǎn)變發(fā)生在第三層。此外，該團(tuán)隊(duì)分別實(shí)驗(yàn)制備出了基于GeSe體材料和二維材料的晶體管，其I-V和光反應(yīng)性能表明，二維材料的光敏度是相應(yīng)體材料的3.3倍，同時(shí)二維材料器件的光反應(yīng)度也遠(yuǎn)優(yōu)于相應(yīng)體材料器件。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Functional Materials上。該研究得到了重慶市基礎(chǔ)前沿重大項(xiàng)目、中科院“西部之光”西部青年學(xué)者A類項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的資助。??