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段曦东教授团队研究成果在《Advanced Materials》《Nano Letter》发表

2020年10月08日

段曦东教授课题组在二维金属碲化物(VTe2,NbTe2,TaTe2)纳米片及二维狄拉克半金属PtTe2纳米片的合成领域取得重要进展。相关研究成果以题为“Synthesis of Ultrathin Metallic MTe2 (M=V,Nb,Ta) Single-Crystalline Nanoplates”及“Thickness-Tunable Synthesis of Ultrathin Type-II Dirac Semimetal PtTe2 Single Crystals and Their Thickness-Dependent Electronic Properties”的研究论文发表在国际权威期刊《先进材料》(Advanced Materials,DOI:10.1002/adma. 201801043,影响因子为19.791)和《纳米快报》(Nano Letter,2018(18),3523-3529,影响因子为12.080)。

作为一类典型的金属过渡金属二硫族化合物(MTMDs),由于相邻M4+-M4+对的强电子耦合,第VB族金属碲化物(VTe2,NbTe2,TaTe2)被认为是一类研究各种物理现象的基础材料,例如超导性、量子霍尔自旋效应,特别是磁性。然而现有的磁性研究主要依赖于机械剥离的样品,高质量二维MTDMs的可控制备仍然具有挑战性。日前,我院段曦东教授课题组首次通过常压化学气相沉积法(APCVD)实现了第VB族金属碲化物MTe2(M=V,Nb,Ta)超薄纳米片的可控制备。实验结果表明,合成得到的MTe2纳米片为高质量的单晶纳米片,且VTe2,NbTe2纳米片具有六方1T相结构,TaTe2纳米片具有单斜扭曲的1T相结构。电测量表明这三种纳米片独有高的导电性,磁性测量证明了VTe2纳米片和NbTe2纳米片具有本征室温铁磁性,TaTe2纳米片具有顺磁性。

层状材料PtTe2被报道是一种第二类狄拉克半金属,其中的狄拉克费米子不遵从洛伦兹协变性,可能具有各相异性的磁传输和拓扑相变等物理特性。研究二维半金属材料的物理性质在基础研究和应用研究都具有重要意义。

段曦东教授课题组首次通过化学气相沉积法(CVD)实现了狄拉克半金属PtTe2超薄纳米片可控制备。实验结果表明,通过降低生长温度和增大载气的流量得到的PtTe2纳米片,其厚度和形貌会发生系统的变化,由多数为厚的六边形纳米片变为薄的三角形纳米片。电学测试表明PtTe2单晶纳米片是具有超高电导率和超高击穿电流密度的二维半金属材料,霍尔测量表明PtTe2单晶纳米片具有半金属特有的温度诱导的载流子类型变化的特性,以及载流子浓度随着纳米片厚度的显著变化。

自石墨烯发现以来,二维层状材料(2DMLs)家族的成员在不断扩大,包括氮化硼、二维过渡金属硫化物(TMDs)、金属性过渡金属硫化物(MTMDs)等等。通过CVD方法合成高质量磁性金属VTe2、NbTe2、TaTe2和半金属PtTe2纳米片丰富了2DLMs家族的成员。


段曦东,1993年本科毕业于湖南大学化学化工系,博士毕业于湖南大学化学化工学院。段曦东教授从事二维材料制备、光电性质和先进光电功能器件研究,已以第一作者和通讯作者在包括Science、Nature,Nat. Nanotech, Nano. Lett.,JACS和Chem. Soc. Rev.等期刊上发表论文五十多篇。

代表性的学术成果包括:

1)通过精确调控二维材料的化学成分和电子结构,在国际上率先制备出了具有原子级厚度的二维材料横向异质结;并成功示范了其在光电检测、光伏效应和反相器方面的应用(Nat. Nanotech 2014)。

2) 实现了2D异质节、多异质节以及超晶格的可控外延生长(Science 2017),这是以湖南大学为第一作者和第一单位发表的首篇NSC 论文。

3)实现了二维金属/半导体异质结阵列的可控大规模制备,以阵列中为二维金属为接触的双层硒化钨FET电流高达900微安每微米,为二维材料在芯片、柔性器件等电子学领域的应用提供了坚实的基础(Nature,2020)。

段曦东教授2017年湖南省自然科学一等奖(排名第二),获2017年中国电子科技十大进展奖,2018年获湖南大学岳麓学者特聘教授A岗,2019年获国家自然科学二等奖(排名第三)。



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