晶体学相工程在精确控制材料的物理和电子特性中起着重要的作用。In two-dimensional transition metal dichalcogenides (2D TMDs), phase engineering using chemical lithiation with the organometallization agent n -butyllithium ( n -BuLi), to convert the semiconducting 2H (trigonal) to the metallic 1T (octahedral) phase, has been widely explored for applications in areas such as transistors, catalysis and batteries 1–15 .尽管可以在环境温度和压力下进行这种化学期工程,但对基本机制的理解很少,并且N -Buli的使用引起了显着的安全问题。在这里,我们将单型相位从2H到1T相的典型相跃迁到1T和双层2D TMD中,发现该反应可以通过455 nm处的低功率照明来加速六个数量级。我们确定上述差距照明通过光电氧化过程改善了限制速率的电荷转移动力学。我们使用这种方法来实现TMD的快速和高质量的相位工程,并证明可以利用该方法将任意相模式用衍射限制的边缘分辨率刻在几层TMD中。最后,我们用更安全的多环芳族芳族细胞岩剂代替了热情的n -buli,并表明它们的性能超过了n -buli作为相变剂的性能。我们的工作为探索电化学过程的原位表征开辟了机会,并为通过Photoredox阶段工程提供可持续扩展的材料和设备铺平了道路。
记录版本:该预印本的一个版本于 2024 年 7 月 2 日在《自然通讯》上发表。已发布的版本请参阅 https://doi.org/10.1038/s41467-024-49783-z 。
半导体过渡金属二盐元素(TMDS)MX 2(M = MO,W; X = S,SE)的家族作为未来技术应用的最有希望的平台之一[1-4]。这些材料的确是存在许多自由度的特征(电荷,旋转,山谷,层,晶格,。。。),互相纠缠[5-11],开放了通过外部磁或电场以受控,灵活和可逆的方式调整电子/光学/磁/传输特性的可能性。在单层级别隔离时,这些化合物在布里渊区的高对称点K,k'的山谷中呈现直接带隙,如光致发光探针所示[5,7,12-12-15]。与石墨烯中一样,蜂窝状晶格结构反映在特殊的光学选择规则中,该规则在圆形偏振光下诱导给定山谷中有选择性的频带间光学转变。这种情况提示了“ Valleytronics”的概念,即在单个山谷中选择性地操纵自由度的可能性[13,14]。在单层化合物中广泛探索了TMD中的这种光敏性[2,4,8,16 - 30]。一种常见的工具是观察光学二色性,即左手或右圆极化光子上的不同光学响应。这些化合物相对于石墨烯的一个显着差异是存在强的自旋轨道耦合,该耦合提供了价带的相当大的自旋分解。在这种情况下,循环极化的光不仅与给定山谷有选择地结合,而且还与给定的自旋连接,在传导带中产生自旋偏振电荷,以及价带中的相反旋转电荷[4、8、8、16-23、26、26、26、27、29、29、31-36]。可以通过观察有限的Kerr或Faraday旋转来方便地研究光线和自旋种群之间的纠缠[37-39]。这些效应表明样品中存在固有磁场的存在,在单层TMD中,它们可以自然触发,这是由于圆形极化泵的结果[40],
通过机械变形改变过渡金属二硫属化物光学和电子特性的研究已非常广泛。它们在破裂前能够承受大变形的能力使带隙具有很大的可调谐性,而且,空间变化的应变已被证明可以控制带隙的空间分布并导致载流子漏斗等效应。单层过渡金属二硫属化物表现出显著的压电效应,可以与空间不均匀的应变分布耦合以影响电子和光学行为。我们通过实验和理论研究了结构中光致发光的一个例子,该结构具有与单光子发射器中相似的应变分布,但这里是通过纳米压痕产生的。使用纳米压痕引起的应变的机械模型,我们表明压电效应可以导致电荷密度达到 10 12 e/cm 2
令人信服的Majorana零模式(MZM)的签名是基于拓扑超导性(TSC)实现易耐断层量子计算的必要要求。除了改进制造技术外,探索化学计量的TSC平台是抑制MZMS特征的琐碎内置模式影响的另一种途径。化学计量过渡金属二核苷(TMD)是有希望的,但是诱导磁性涡流范围内的磁性涡流范围受到MZMS的限制,受到小垂直上的临界临界率限制。在这里,我们提出,嵌入TMD的chalcogen空位(CVS)的线缺陷是用于实现稳定MZM的化学计量计量的TSC候选物,而无需在平面内磁场范围内范围内TSSS。对1H-MO X 2、1H-W X 2和1T-PT X 2(X = S,SE或TE)单层缺陷的详细分析和计算表明,通过非中性集体组对称性对奇数型旋转耦合效果,称为抗对称性旋转 - 铲耦合效果,称为奇数配对的起源。第一原理TSC相图的构建是为了促进对位于线缺陷两端的MZM的令人信服的签名的实验检测。我们的发现丰富了化学计量的TSC候选物,并将根据设备友好的TMD来促进设备制造以操纵和存储量子信息。
2D 过渡金属二硫属化物的电子和光学特性主要受强激子共振控制。激子动力学在许多微型 2D 光电器件的功能和性能中起着关键作用;然而,纳米级激子行为的测量仍然具有挑战性。据报道,这里使用近场瞬态纳米显微镜探测衍射极限以外的激子动力学。作为概念验证演示,研究了单层和双层 MoS 2 中的激子复合和激子-激子湮没过程。此外,通过访问局部位置的能力,可以解决单层-双层界面附近和 MoS 2 纳米皱纹处有趣的激子动力学。如此纳米级的分辨率凸显了这种瞬态纳米显微镜在激子物理基础研究和功能器件进一步优化方面的潜力。
摘要:我们预测磁性铬基过渡金属二硫属化物 (TMD) 单层在其 Janus 形式 CrXTe(其中 X = S、Se)中具有非常大的自旋轨道扭矩 (SOT) 能力。Janus 结构固有的结构反演对称性破坏导致巨型 Rashba 分裂产生较大的 SOT 响应,相当于在非 Janus CrTe 2 中施加 ∼ 100 V nm −1 的横向电场所获得的响应,这完全超出了实验范围。通过对精心推导的 Wannier 紧束缚模型进行传输模拟,发现 Janus 系统表现出与最有效的二维材料相当的 SOT 性能,同时由于其平面内对称性降低,还允许无场垂直磁化切换。总之,我们的研究结果表明,磁性 Janus TMD 是超紧凑自感应 SOT 方案中终极 SOT-MRAM 设备的合适候选者。关键词:自旋轨道扭矩、过渡金属二硫属化物、二维材料、范德华铁磁体
这种方法倾向于创建不良的缺陷,然后将其去除需要其他退火步骤。最近,大量的研究注意力集中在2D材料上,[1,2],因为它们不仅具有从绝缘子到金属的电子特性,而且具有与降低尺寸相关的独特特性。虽然2D材料可以用与散装系统相同的方法掺杂,但它们的方法是独特的。由于仅表面几何形状,也可以通过以下方式获得2D材料中的掺杂; 1)物理/化学吸附; 2)离子液体门控; 3)直接原子构造。[3,4]表面吸附和离子 - 液体门基本上与环境与2D材料之间的电荷转移的实现相同,这两个材料都非常有效,这两个材料都非常有效。但是,系统集成的困难限制了这些方法的实际应用。可以通过硫化/硒化来完成2D材料中的直接原子替代。[5]或者,可以通过辐射[6,7]或退火过程中的热蒸发产生空缺,然后进行掺杂物种的沉积。直接替代也可以通过离子植入来实现,但是在技术上很难,因为它需要非常低的离子能量(低于100 eV),或者需要额外的缓冲层和通量后的涂层[9],否则离子会通过原子上的较薄靶标。[10,11]至于2D过渡金属
ETMOS 项目旨在通过分子束外延 (MBE) 和脉冲激光沉积 (PLD) 开发电子级过渡金属二硫属化物 (TMD) 的大面积生长。根据最近关于在六方晶体衬底上生长的 MoS2 外延质量的报告和初步结果,我们将推动这些材料在宽带隙 (WBG) 六方半导体 (SiC、GaN、AlN、AlGaN 合金) 和绝缘蓝宝石上的外延层生长。五个合作伙伴在薄膜生长 (CNRS、SAS)、高级特性和模拟 (CNR、HAS、U-Pa)、加工和电子设备原型 (CNR) 方面拥有互补的技能。将在不同衬底 (Si、蓝宝石、SiC、块状 GaN) 上生长 WBG 半导体模板/薄膜,以完全控制起始材料的特性并制备外延就绪表面,从而实现高质量和均匀的 TMD MBE 和 PLD 生长。沉积范围将从单层 (1L) 到几层 (最多 5) MoS2 和 WSe2,并在直径最大为 100 毫米的晶片上控制亚单层厚度。将开发 MBE 或 PLD 期间的 TMD 替代掺杂,重点是 MoS2 的 p+ 掺杂,这对设备应用具有战略意义。除了生长设施外,ETMOS 联盟还拥有整套形态、结构、化学、光学和电扫描探针表征,有助于在每个生长步骤中实现高质量。将通过专门设计的测试设备研究 TMD 的电性能 (掺杂、迁移率、电阻率等) 以及跨 TMD/WBG 异质结的电流传输。实验将通过生长模拟和 WBG 上 TMD 电子能带结构的从头计算来补充。将制定多尺度表征协议,以将我们的外延 TMD 与使用相同或互补沉积方法的其他小组的结果进行对比。最后,将制造利用 TMDs/WBG 异质结特性的器件原型,包括:(i) 基于 p+-MoS2 与 n-GaN 或 n-SiC 原子突变异质结的带间隧穿二极管和晶体管;(ii) MoS2/GaN 和 MoS2/SiC UV 光电二极管;(iii) 具有 Al(Ga)N/GaN 发射极和 1L TMD 基极的热电子晶体管。开发的材料/工艺的目标是在项目结束时达到 TRL=5。由于 ETMOS 合作伙伴与 SiC 和 GaN 领域的领先工业企业(STMicroelectronics、TopGaN、Lumilog)保持着持续合作,因此来自行业的代表将成为 ETMOS 顾问委员会的成员,为工艺与生产环境的兼容性提供指导。我们的 TMDs 生长活动与常用的 CVD 方法高度互补。我们预计与石墨烯旗舰项目第 1 和第 3 部门的团队将产生强大的协同作用,从而促进欧洲在 TMD 和设备应用大面积增长方面的能力。
能耗。因此,已经有一个清晰的效果来减少化石燃料的使用,并过渡到投资可再生能源(例如风能,波浪和太阳能)。3然而,这些可再生资源本质上是可变且间歇性的。它们不能用来保证能源供应,因此将可再生能源的份额增加到能源网格是一项具有挑战性的任务,必须伴随有效的能源存储设备。一些领先的储能方法包括电池,4个超级电容器5和氢。6特别是,氢被认为是一种可持续,清洁,环保能量载体,它是水作为燃料电池和其他应用中使用时唯一的副产品。目前,超过90%的氢来自化石燃料的改革,并且没有生成CO 2的气候益处。相比之下,电解可用于产生可再生(绿色)氢。在这种情况下,可再生能源的过量或盈余能量,