Nature Materials（《自然·材料》）近日以長文（Article）形式發表化學與分子科學學院付磊教授的最新研究成果，論文題為「Bandgap tuning of two-dimensional materials by sphere diameter engineering」（《球徑工程調控二維材料帶隙》）。
武漢大學為論文第一署名單位，化學與分子科學學院曾夢琪副研究員和2017級博士生劉津欣為共同第一作者，付磊與美國阿貢國家實驗室同步輻射光源的周華為通訊作者。這項研究工作得到了國家自然科學基金委、中德科學中心、中國博士後創新人才支持計劃、武漢大學校長基金的大力支持。
該工作首次提出了一種兼具高精確性、可靠性和均勻性的批量帶隙調控方法，提供了一個可工業化的通用策略來幫助研究者定製具有特定性質的低維材料。
作為二維材料的一個重要標籤性質，帶隙決定了其一系列基礎物理特性，比如光子激發、電子傳輸等。因此，我們可以通過調節二維材料的帶隙來調控其性質，進而可以實現其性能的「人工」設計。發展一種精確的批量調節帶隙的方法將有助於進一步構築具有可調節性能的二維材料基電子和光電器件，推進二維材料的實際應用。
武漢大學付磊團隊長期致力於利用液態表面實現原子級的精確製造，這次利用液體基底在非潤溼性基底上自發形變成球的過程，將均勻的各向同性應力直接引入到了其上所生長的二維MoS2晶體中。應力的大小可以由球形基底的半徑決定，材料帶隙與球形基底曲率之間存在一一對應關係（調節範圍可達360 meV），並可建立理想的線性工作曲線。由此，只要精確控制使用玻璃的質量，即可實現批量定製具有特定帶隙的二維材料。而對液體基底形變程度的控制還可以調節所建立線性工作曲線的斜率，證明該帶隙調控策略具有很高的可設計性。
▲基於帶隙與基底曲率之間一一對應關系所建立的線性工作曲線
再者，基於球徑工程所實現的二維MoS2帶隙調控具有高度的均勻性，無論是生長在具有相同球徑的不同玻璃球上的晶體，還是生長在同一個玻璃球上不同位置的晶體，亦或是對於一個完整的二維MoS2晶體，其帶隙分布均表現出了高度的均勻性。
研究工作得到了多個研究機構的支持：德國萊布尼茨固態材料研究所Mark H. Rümmeli團隊利用球差矯正高解析度透射電子顯微鏡對樣品進行了表徵；美國阿貢國家實驗室同步輻射光源周華團隊以及中國科學院上海應用物理研究所團隊利用基於同步輻射的掠入射X射線衍射光譜表徵了樣品的晶格形變；北京大學蔣鴻教授團隊進行了第一性原理計算；武漢大學數學與統計學院陳國賢副教授提供了液體形變的理論模擬支持。
（來源：武漢大學 通訊員吳花燕、林高）