《單層二硫化鉬邊界特性的研究》是依託廈門大學，由詹達擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：單層二硫化鉬邊界特性的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：詹達
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來，具有類似石墨烯層狀結構的二硫化鉬開始吸引越來越多的科學家們的關注，原因在於和石墨烯相比，其具有天然的能隙，且能隙大小隨層數而變化；此外，二硫化鉬的電子能帶結構還具有一獨特優勢，那就是自旋軌道耦合導致的其價帶頂的兩個能帶的分離，這一物理特性優勢還讓二硫化鉬極有可能成為未來自旋電子器件的基礎材料。目前，科學已經證明單層二硫化鉬的電子能帶可以受到其邊界手性來調製，然而二硫化鉬的邊界手性的迅速辨別還是目前一個比較大的難題。這也制約著科學界對以二硫化鉬電子性能更細節的研究與套用。本項目將研究二硫化鉬邊界的拉曼活性振動模式以及光致發光的特性，並結合高分辨電子透射圖像以及理論計算模擬等手段來建立一套快速分辨二硫化鉬邊界的系統方法，並在此基礎上研究二硫化鉬不同邊界手性的其他物理和化學特性。項目的研究成果能促進科學界對二硫化鉬更深的基礎理解，同時能對未來設計更多樣化的二硫化鉬電子器件有指導作用。
結題摘要
本項目在自然基金課題（基金號：11404272）支持下主要完成了以下科研探索內容： 1，自然界廣泛存在且廉價的體材料MoS2表面拉曼增強的研究幾乎空白。本課題從體材料MoS2在空氣中的熱穩定性開始研究，發現從350度開始，體材料MoS2邊界容易在空氣熱環境下被O2腐蝕造成表面縮小，而中心區厚度不變，但會被空氣中的N2在一定溫度下對其最表面的S原子進行適當的取代，該結果可以實現體材料MoS2的拉曼增強效果，且最最佳化表面改性可以使得其對羅丹明分子的檢測濃度低到1e(-8)M，（高於目前報導的基於單層MoS2與金納米顆粒複合結構後對羅丹明分子檢測最優效果5e(-6)M兩個數量級）。空氣環境中的一步加熱簡單易操作，考慮到體材料MoS2的成本比單層要低很多，所以實現體材料MoS2高靈敏度的拉曼增強效果極大的拓展了MoS2在有機分子探測和生物分子探測領域的更廣泛套用。該工作已經投到Small雜誌，正在審稿中。 2, 對過渡金屬硫化物（MX2，其中M=Mo和W, X=S和Se）進行全面的空氣熱穩定性研究，發現對於MoS2和MoSe2兩種材料在空氣中退火，其中心區域在光學圖中沒有明顯變化，而邊界則在350度開始受到環境氣氛的腐蝕效果影響，亦即是其厚度不變，而面積減小。而對於WS2和WSe2兩種材料，發現其退火溫度分別從400和350度開始從邊界處發生相變(WX2轉變為WO3)，且隨退火時間增加或退火溫度增高，最終WX2全部相變為較為穩定的WO3。由於熱退火是微納電子器件製備的重要程式之一，所以對MX2熱穩定性的基礎研究將對MX2在電子器件研究領域有較大的參考價值。該工作正在整理待發表。 3，通過氯化鐵分子對三層石墨烯進行不對稱插層，該結構在實空間垂直平面方向看去，分為三個相對獨立部分，分別是單層石墨烯、FeCl3分子層以及雙層石墨烯。該結構中，被氯化鐵分子層分離的AB堆垛結構雙層石墨烯因與氯化鐵的電負性有很大差異，導致形成一個內建的有效垂直電場。該有效電場對AB堆垛雙層石墨烯結構的反演對稱進行了強烈的破壞。導致獨立雙層石墨烯的電子帶隙被打開，意味著這種具備天然能隙的石墨烯新型結構有可能在未來基於石墨烯的邏輯開關納米電子器件領域中得以套用。該工作已經發表在Small雜誌。
