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厦门大学二维材料与物性课题组在二维材料晶格对称性调控方面取得新进展

厦门大学二维材料与物性课题组在二维材料晶格对称性调控方面取得新进展,相关成果以“Symmetry Engineering Induced In-Plane Polarization in MoS2through Van der Waals Interlayer Coupling”为题发表在Advanced Functional Materials上(Adv. Funct. Mater. 2022, 2202658)。论文第一作者为物理系博士后郑晓明,通讯作者为厦门大学张学骜教授、吕铁羽副教授以及国防科技大学邓楚芸副研究员。

一般而言,正交、单斜和三斜晶系的二维材料具有低对称性,其物理性质可呈现明显的各向异性,因而在电学、光电和热电等器件应用中展现出广阔前景,这一优势是高对称材料无法与之匹敌的。然而,低对称材料目前缺乏成熟大规模的制备工艺,这大大阻碍了其在微电子领域的深入运用。另一方面,二维过渡金属化合物(TMDCs)的制备工艺相对成熟可靠,若在TMDCs中引入对称性工程,诱导其面内极化形成各向异性,将可为物性调控提供一个额外的自由度。近期厦门大学二维材料与物性课题组与国防科技大学低维材料器件物理课题组合作,首次报道了一种通过范德华层间耦合在MoS2中引入各向异性、实现MoS2面内极化的对称性工程手段。MoS2/CrOCl异质结中不对称二次谐波的出现表明MoS2的晶格对称性发生了改变(图1 e),这种变化主要源于MoS2和CrOCl之间较强的层间耦合作用所引起的晶格错配性单轴应变。与角度相关的拉曼光谱和PL光谱测量进一步证实了单轴应变引起的MoS2面内极化(图2)。此外,极化后的MoS2展现出很好的各向异性电学特性,电导各向异性比约为1.5,如图3 b所示。更重要的是,MoS2/CrOCl异质结还表现出了偏振敏感的光电响应特性。在532 nm激发波长下,其光电流的各向异性比可达到1.25。该研究通过范德华层间耦合方法在高对称MoS2中诱导出了人工各向异性,这为其它高对称材料的物性调控提供了启发,同时奠定了这类材料在各向异性电学和光电等功能器件方面的应用基础。


图1(a-c)MoS2、CrOCl以及MoS2/CrOCl异质结的原子结构,(d)MoS2/CrOCl异质结的光学照片,(e)MoS2以及MoS2/CrOCl异质结的SHG,(f)MoS2以及MoS2/CrOCl异质结的Raman光谱

图2(a-d)MoS2/CrOCl异质结的偏振拉曼光谱,(e-h)MoS2/CrOCl异质结的偏振PL光谱

图3(a,b)MoS2/CrOCl异质结的电学特性,(c)MoS2/CrOCl异质结的光电测试示意图,(d-i)MoS2/CrOCl异质结的光电特性

课题组合影

相关成果以“Symmetry Engineering Induced In-Plane Polarization in MoS2through Van der Waals Interlayer Coupling”为题发表在Advanced Functional Materials上(Adv. Funct. Mater. 2022, 2202658)。论文第一作者为博士后郑晓明,通讯作者为厦门大学张学骜教授、吕铁羽副教授以及国防科技大学邓楚芸副研究员,蔡伟伟教授深入指导了本项工作。


文章链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202202658