【摘 要】
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自从2004年由单原子层构成的石墨烯被发现以来,层状材料的种类不断丰富,其研究涵盖了半导体、金属和绝缘体等。在半导体器件应用研究中,二维材料的高迁移率、高表体比、低功耗等优良特性给突破摩尔定律极限带来了新的发展思路。另一方面,其能带结构随着材料维度的变化出现了包括超导、外尔半金属、拓扑绝缘体等大量新奇的物理特性,这给基础研究开辟了新的领域。过渡金属硫族化合物因为其新奇的拓扑性质引起广泛的关注。碲化
【机 构】
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中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
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自从2004年由单原子层构成的石墨烯被发现以来,层状材料的种类不断丰富,其研究涵盖了半导体、金属和绝缘体等。在半导体器件应用研究中,二维材料的高迁移率、高表体比、低功耗等优良特性给突破摩尔定律极限带来了新的发展思路。另一方面,其能带结构随着材料维度的变化出现了包括超导、外尔半金属、拓扑绝缘体等大量新奇的物理特性,这给基础研究开辟了新的领域。过渡金属硫族化合物因为其新奇的拓扑性质引起广泛的关注。碲化钼作为过渡金属硫族化合物中的典型材料,拥有半导体相(2H)、金属相(Td)和半金属相(1T’)。在过去几年中,三维1T’相碲化钼被证实是一种二型(type-II)外尔半金属材料,二维单层1T’相碲化钼被预言是一种拓扑绝缘体材料。但是目前一维1T’相碲化钼的制备及物性还鲜有研究。本文针对一维1T’相碲化钼的纳米线、二维1T’相碲化钼的纳米片以及制备这两种材料所使用的前驱体—三氧化钼单晶,进行了材料的制备、结构表征以及其输运性质的系统的研究,具体工作如下:1.制备了高质量、大面积三氧化钼单晶,制作了少层三氧化钼场效应晶体管,并研究了其输运性能,进一步制作了硒化铟和三氧化钼异质结,实现前向整流二极管、N+N结的调控,并且对异质结的光电性能进行了研究,实现了光/暗电流比达104,光响应时间约500微秒,光恢复时间约300微秒;2.利用化学气相沉积法,以制备的三氧化钼单晶为前驱体,制备了1T’相碲化钼纳米线,实现了其直径从27纳米到80纳米的调控,使用拉曼(Raman Spectrum)、高分辨透射电子显微镜(High Resolution Tunneling Electron Microscopy,HRTEM)等方法对纳米线进行了结构的表征,证实了其高质量特性,对其低温输运性质进行研究,纳米线在2 K到300 K范围内展示出金属特性,此外发现了由自旋轨道耦合引起的弱反局域化效应以及一维奈奎斯特退相干机制;3.利用化学气相沉积法,以制备的三氧化钼单晶为前驱体,制备了1T’相碲化钼纳米片,实现其厚度可调控;使用拉曼、扫描透射电子显微镜(Scanning Tunneling Electron Microscopy,STEM)等方法对其结构进行了表征;对其低温输运性质进行研究,发现了3层1T’相碲化钼纳米片拥有~10 me V的带隙以及线性磁电阻效应。本研究为制备高质量、大面积单晶以及一维纳米材料提供了新的思路,为研究碲化钼在一维限制下的拓扑输运性质提供了一个平台,也为其应用于将来的量子器件奠定了很好的基础。
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