帶隙可調、性質穩定 美國科學家首次製備出五邊形二維材料

美國研究人員首次分離並表徵了二硒化鈀（PdSe2）鍵合在一起的原子級厚度的五邊形二維晶體，這項研究證實了該材料的褶皺結構具有穩定性的預測。

理論預測存在由五角形「瓷磚」（如圖中所示的紫色、藍綠色、綠色和粉紅色小塊）組成的材料， 現在研究人員已經證明這些材料的存在。美國橡樹嶺國家實驗室的科學家們製作了第一張由二硒化鈀五邊形組成的片狀材料，材料不是平坦的，而是有一定的褶皺。上面的圖片顯示了這個帶藍色鈀原子和金硒原子的褶皺結構， 起皺的結構導致有趣的電子特性。這種材料在空氣中很穩定，在電子、光子及其他技術領域具有基礎性作用。

這種材料的獨特結構具有十分有益的特性：它有快速移動的電子，而且與其他二維半導體材料不同，該材料在空氣中較為穩定。這些性能可以使其在感測器、太陽能電池和晶體管等領域的先進應用成為可能。此外，這種材料還可用於無電流損失的超導器件、壓電感測器和低能耗計算。

迄今問世的絕大多數二維晶體是六邊形晶格，例如石墨烯、過渡金屬二硫族化合物和黑磷。根據此前的理論預測，存在一系列由五角形晶格構成的二維晶體材料。即使在自然界中，五角形片也是不尋常的。現在，由橡樹嶺國家實驗室領導的一個研究小組已經在實驗中證明了這個家族的一個成員的存在。

研究人員使用南洋理工大學團隊製造的塊狀PdSe2晶體，利用剝離法獲得PdSe2的褶皺層。使用高解析度掃描透射電子顯微鏡，他們確定材料層具有不同的厚度。研究人員還利用微吸收光譜學、拉曼光譜學和第一性原理計算，證實材料層的層厚可改變材料帶隙特性。

帶隙是導帶的最低點和價帶的最高點的能量之差，即固體中電子能量不能連續存在的能帶範圍。隨著厚度變化，該材料的帶隙從大塊（多層）材料的0變化為單層材料的1.3電子伏特。

這一發現為研發可調節帶隙的五邊形二維材料鋪平了道路，這可能為電子和光子學帶來新的發展基於。大多數二維材料具有高度對稱的晶格，結果表現出各向同性的行為。也就是說，當在不同方向上測量時，物理特性具有相同的值。相反，五邊形的二維PdSe2是各向異性的。當在不同方向上測量時，物理特性值不同。

五邊形的二維材料可以為設計新的光電子和電子器件提供新的自由度，這是以往的二維材料難以辦到的。而且，這種材料在空氣中是穩定的，其他許多二維半導體也不具有磁特性。例如，另一種具有可調帶隙的有前景的二維材料黑磷在空氣中更容易氧化，這種新型五邊形二維材料可能會在低能光電子學、壓電、熱電和自旋電子學等領域獲得應用。（中國船舶工業綜合技術經濟研究院 丁宏）

詳情：請關注微信公眾賬號「國防網」。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！