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          科研進展

          《ACS NANO》刊登張晨棟團隊最新研究成果:單層WSe2點缺陷態的調製

          來源:  發佈時間:2019-04-01 14:55:04 點擊次數:

             

          近日aaaa,《ACS NANO》在線發表了澳门皇冠張晨棟教授團隊的最新研究成果aaaaa。論文題爲《Engineering Point-Defect States in Monolayer WSe2》aaaaa。該工作由武漢大學張晨棟教授aaa,德克薩斯大學奧斯汀分校Chih-Kang Shih教授aaa,中國人民大學季威教授aaa,阿卜杜拉國王科技大學Lain-Jong LI教授和香港大學姚望教授多個團隊合作完成aaaaa。張晨棟爲第一作者和共同通訊作者aaa,武漢大學爲論文第一署名單位aaaa。

          缺陷工程是新興二維半導體性能調製的重要手段aaa。其中aaaa,點缺陷是決定二維過渡金屬二鹵化物(TMDs)諸多關鍵物性的核心因素aaaaa,如功函數、載流子輸運機制和束縛激子的單光子發射等aaaa。而該材料中點缺陷在微觀層面的直接實驗研究還甚缺乏aaaaa,其原子尺度構效關係未有定論aaaa。張晨棟教授等人結合掃描隧道顯微鏡/掃描隧道譜和第一性原理計算aaaa,研究了單層WSe2中單鉀原子修飾的鎢空位的原子-電子結構aaa。


          圖1(a)單層WSe2中鎢空位的原子分辨STM圖像aaaaa。(b)大面積均一的鉀原子修飾缺陷aaa。

              

          該工作首先利用分子束外延技術aaa,通過對動力學熱力學窗口的精確控制aaaaa,獲得大面積均一結構的單鉀原子修飾的鎢空位缺陷 [1(b)]aaaaa。結合多種模式的掃描隧道譜表徵, 在實驗上首次直接觀測到單層TMD材料點缺陷的多重隙間能級 [2]aaaa。與第一性原理計算結合aaaaa,提出單層TMD中本徵點缺陷態難以被觀測的原因在於其原子軌道構成及z方向波函數缺乏交疊aaaaa。單個鉀原子的電子注入效應aaaa,對缺陷態能級和波函數分佈進行了顯著調製aaa,爲實驗上對點缺陷的觀測提供了窗口(例如aaa,在該工作中澄清了掃描探針測量對缺陷類型的判定)aaa。

          此外與理論計算結合aaaa,該工作預言了鉀原子貢獻的未配對電子會在自由狀態的材料體系中導致局域磁矩(~1B)的產生aaaaa,該磁矩依賴於奇-偶數電子填充狀態aaaa,可能通過外電場實現調控開關狀態aaaaa。實驗上對於“關”狀態的能級結構觀測與理論預言精確符合aaaaa。值得注意的是aaa,二維TMD材料點缺陷的磁性近期也在其它實驗工作中獲得一定證實aaaa,爲二維半導體材料在自旋器件應用和能谷-自旋-偏振結合的光電器件開發提供了新的可能aaaaa。



          圖2. 鎢空位的掃描隧道譜(STS)研究aaa。單鉀原子修飾鎢空位 (紅色)aaaa;本徵鎢空位 (橙色)aaaa;單層WSe2(黑色)

          該工作揭示了二維半導體材料中點缺陷的原子-電子結構關聯aaaa,演示了單原子尺度上的點缺陷修飾調控aaa,對掃描探針技術在該方向研究中的一些關鍵問題進行了澄清aaa,併爲在二維半導體材料中自旋自由度的應用提供了新的可能aaaa。

          該工作得到了科技部重點研發計劃aaa,國家自然科學基金和中科院戰略先導專項等項目的支持aaaaa。

          原文鏈接:

          https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acsnano.8b07595


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