文章信息
褶皱状蜂窝结构的单层二维材料研究进展
Research progress of puckered honeycomb monolayers
孟雨欣，赵漪凡，李绍春
物理学报. 2021，70 (14): 148101
doi:10.7498/aps.70.20210638
原文链接：http://wulixb.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7498/aps.70.20210638
PDF：http://wulixb.iphy.ac.cn/fileWLXB/journal/article/wlxb/2021/14/PDF/14-20210638.pdf
文章导读
石墨烯的发现被认为有潜力应用于下一代电子学领域，它的载流子迁移率超过了单晶硅，但是其本征零带隙的特性阻碍了它在逻辑电路中的器件应用[1-4]。由于在电子学中的应用前景，其他二维材料也受到越来越多的关注，厚度降至单层时，二维材料有很多不同于单晶块体的独特性质。
黑磷是另一种具有发展潜力的材料，结构为褶皱蜂窝状，不仅具有直接带隙，而且带隙大小随层厚可调。在加盖保护层的条件下，黑磷场效应管的迁移率可以高达6×103cm2/(V·s)[5-7]。但是黑磷暴露在空气中会在短时间内迅速降解，给器件的制备和使用带来困难。从黑磷出发，第Ⅴ主族的元素单层配比简单，存在扭曲蜂窝状和褶皱蜂窝状两种结构，一直是近年来的研究热点。人们发现氮、砷、锑和铋都存在一种与黑磷类似的结构[8-10]。同时，Ⅳ-Ⅵ族二元化合物单层也具有和黑磷类似的结构，并且化学稳定性好，展现出独特的性质。
《物理学报》2021年第14期“特邀综述”栏目邀请南京大学物理学院李绍春教授等，撰写了“褶皱状蜂窝结构的单层二维材料研究进展”一文，文章介绍了一些具有褶皱状蜂窝结构的材料，着重阐述了五种单元素二维材料(氮、磷、砷、锑、铋)的结构、合成和物理性质。包括高温高压下黑磷结构氮的首次合成[11]，磷烯的合成和光电应用[12]，砷烯的电学性质[13]，锑烯的分子束外延生长[14]，铋薄膜的生长和调控[15]。此外，还讨论了Ⅳ-Ⅵ族化合物、Ⅴ-Ⅴ族化合物等类黑磷二元二维材料，如SnSe，SnTe，GeSe等。这些材料具有独特的晶体对称性，并表现出各种激发特性，如高载流子迁移率、广泛可调的带隙、面内各向异性和自发电极化，在热电[16]、压电[17]、铁电[18]等领域前景广阔。最后，文章展望了黑磷结构的二维材料未来的发展方向。随着研究的推进，在二维“烯”中肯定会有意想不到的发现，有可能给纳米科技带来重大发展。
图1(a)黑磷结构氮的之字形和扶手椅形排列；(b)黑磷结构氮的晶格结构；(c)两层叠加的黑磷结构氮[8]；(d)在WTe2上制备的单层黑磷相的锑烯的STM形貌图；(e)锑烯的原子分辨STM图像；(f)红色曲线为单层黑磷相的Sb的-2.5至+2.5V的STS谱，蓝色曲线为-2.0 —+1.0V的放大部分[14]
作者简介
李绍春南京大学物理学院教授
1999 年于北京大学物理系获得学士学位，2004 年于中国科学院物理研究所获得博士学位。先后在美国宾州州立大学、德克萨斯大学奥斯汀分校/美国太平洋西北国家实验室、杜兰大学和哈佛大学做博士后和研究教授。2012 年入职南京大学任教授。主要研究方向为利用扫描隧道显微镜(STM) 和分子束外延(MBE) 技术研究原子尺度下的表面物理和化学。近年来的研究兴趣主要为低维量子材料，包括利用范德瓦耳斯外延生长新奇的二维材料体系，并在实验上高精度表征其电子结构，力求寻找低维体系及其异质结构中的奇异物理性质。
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原文刊载于【物理学报】公众号
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