西安交大在範德瓦耳斯分子異質結方面取得重要進展

2020-12-06 西安交大新聞網

利用外延生長薄層材料在傳統半導體產業中廣泛地應用於製造電子和光電子器件，且能應用在範德瓦爾斯異質結、金屬有機骨架材料、有機半導體以及膠體組裝等新的領域。範德瓦爾斯異質是由一種二維材料生長在另一種二維材料上所形成的材料，比如層狀過渡金屬硫化物的層疊（MoS2，WS2等）。多層高質量二維材料的層疊，會導致中間存在較大的晶格失配。對於這種二維材料，常常是以強烈的原子間的成鍵來保持穩定狀態，而非常弱的範德瓦耳斯力則在這個生長過程作用較小。

近日，西安交通大學理學院陳光德課題組與英國伯明罕大學物理與天文學院納米物理研究實驗室郭全民博士課題組合作，發現了一種新型定向外延生長的範德瓦爾斯分子異質結。與傳統的異質結不同，這種異質結組成僅由有機分子組成，內界面以及分子間都以範德瓦爾斯力相互作用組裝在一起，這個過程中並未引入任何氫鍵或者離子鍵。室溫下，在高定向熱解石墨（HOPG）表面順序沉積C60和C70兩種分子，製備出了雙層範德瓦爾斯異質層。研究發現常溫下HOPG表面C70自組裝分子層中C70分子全部處於自由旋轉狀態；當引入C60分子後，C70分子的旋轉狀態會受到引入的C60分子的調控，可以選擇性的站立或自由旋轉，並從分子層面上揭示了這種調控的機理。這種異質結具有兩個重要的優點，一是兩種分子尺寸均比原子大，但遠小於膠體分子。因此本結果可作為一個典型的例子，用於理解成核和生長過程中的尺寸可變性。二是這個發現亦可作為一個典型的例子於研究其他涉及到非球狀顆粒系統。

上述研究成果以題目「Orientational Epitaxy of Van der Waals Molecular Heterostructures」在國際著名期刊Nano Letters（影響因子12.080）發表。該工作是理學院應用物理系博士生郭路安在陳光德教授和英國伯明罕大學物理與天文學院納米物理研究實驗室的郭全民博士共同指導下完成的。西安交通大學理學院應用物理系和陝西量子信息與量子光電設備重點實驗室為該論文的第一完成單位，英國伯明罕大學物理與天文學院納米物理研究實驗室為合作單位。該博士生獲得國家留學基金委獎學金的支持。

論文連接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.8b02238

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