新型二維晶體材料銻烯的電子能帶結構及輸運特性研究

《新型二維晶體材料銻烯的電子能帶結構及輸運特性研究》是依託南京理工大學，由嚴仲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：新型二維晶體材料銻烯的電子能帶結構及輸運特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：嚴仲
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

最近，砷烯、銻烯材料作為由第五主族原子構成的新型二維晶體單質材料受到了極大關注。第一性原理計算預言砷烯、銻烯具有熱動力學穩定性，存在層數依賴的半金屬——半導體轉變，以及外加應變條件下的間接帶隙到直接帶隙轉變。然而，與砷烯銻烯相關的實驗工作尚未有報導。本項目擬採用機械剝離法和液相剝離法以塊體金屬銻為原料製備少層或者單層的二維銻烯材料。研究其電子能帶結構隨著原子層數以及外加電場所發生變化的調製規律，研究在外加應變條件下電子能帶結構的轉變，揭示少層乃至單層銻烯材料中半金屬到半導體轉變的物理機制；設計製備基於二維銻烯材料的薄膜電晶體器件，研究其輸運特性隨著原子層數、外加電場、溫度等條件發生變化的調製規律。通過本項目的研究，期望能從實驗上對前期理論計算的結果加以驗證，揭示其中的物理機制，為進一步設計製備基於二維砷烯和銻烯材料的微電子和光電子器件打下堅實的基礎。

結題摘要

銻烯是由第五主族元素銻構成的新型二維晶體材料。理論預測銻烯具有層數依賴的半金屬到半導體轉變，且穩定性優於黑磷烯，然而實驗工作的進展滯後，其主要原因是缺乏製備高質量銻烯的實驗手段。本研究圍繞新型二維晶體材料銻烯的實驗製備，銻烯材料的形貌及原子結構表征，銻烯的電子結構、光學、電學性質以及相關的套用展開。我們開發了基於范德華外延法生長單晶銻烯薄膜的技術，生長的銻烯薄膜晶體質量好，穩定性高，可以方便地轉移到其他襯底上。少層銻烯薄膜具有良好的導電性，良好的柔性以及在可見光波段優秀的透過率，從而在透明柔性導電薄膜領域具有潛在的套用前景。我們發明了一種基於液相剝離方法製備銻烯納米片的技術，該方法能夠實現銻烯納米片大產率的製備，晶體質量也比較高。這既為後續二維銻烯材料的實驗研究工作奠定了基礎，同時該方法也有可能套用於未來銻烯材料的工業化生產。我們還進一步研究了二維銻烯材料的衍生物銻烯量子點，發展了基於液相剝離法製備銻烯量子點的技術，得到了高質量的銻烯量子點樣品。在此基礎上，我們研究了銻烯量子點的非線性光學特性，發現銻烯量子點具有優異的飽和吸收特性，並搭建了基於銻烯量子點的調Q光纖雷射器；發現銻烯量子點的空間自相位調製相應，並設計了基於該效應的全光開關，展示了銻烯量子點作為一種新型的非線性光學材料所具有的套用前景。