金属所发现二维层状MoSi2N4材料家族

    时间:2020-08-27 字体大小[]

      近日,中国科学院金属研究所发现了全新的二维层状MoSi2N4材料家族,相关成果在线发表于国际学术期刊Science。论文题为Chemical vapor deposition of layered two-dimensional MoSi2N4 materials(《层状二维MoSi2N4材料的化学气相沉积》)。 

      以石墨烯为代表的二维范德华层状材料具有独特的电学、光学、力学、热学等性质,在电子、光电子、能源、环境、航空航天等领域具有广阔的应用前景。目前广泛研究的二维层状材料,如石墨烯、氮化硼、过渡金属硫族化合物、黑磷烯等,均存在已知的三维母体材料。探索不存在已知三维母体材料的二维层状材料,可极大拓展二维材料的物性和应用,具有重要的科学意义和实用价值。 

      此前,该研究团队发明了双金属基底化学气相沉积(CVD)方法,制备出了多种不同结构的非层状二维过渡金属碳化物晶体,如正交碳化钼(Mo2C)、六方碳化钨(WC)和立方碳化钽(TaC),并发现超薄Mo2C为二维超导体(Nature Materials, 2015)。然而受表面能约束,富含表面悬键的非层状材料倾向于岛状生长,因此难以得到厚度均一的单层材料。 

      研究团队最新研究发现,在CVD生长非层状二维氮化钼(MoN)的过程中,引入Si元素可以钝化其表面悬键,从而制备出一种不存在已知母体材料的、全新的二维范德华层状材料MoSi2N4,并获得了厘米级单层薄膜(图1)。单层MoSi2N4包含N-Si-N-Mo-N-Si-N 7个原子层,由两个Si-N层夹持单层MoNN-Mo-N)构成。进一步发现,该材料具有半导体性质(带隙约1.94 eV)和优于MoS2的理论载流子迁移率,还表现出优于MoS2等单层半导体材料的力学强度和稳定性;并通过理论计算预测出了十多种与单层MoSi2N4具有相同结构的二维范德华层状材料,包含不同带隙的半导体、金属和磁性半金属。 

      该工作不仅开拓了全新的二维层状MoSi2N4材料家族,拓展了二维材料的物性和应用,而且开辟了制备全新二维范德华层状材料的研究方向,为获得更多新型二维材料提供了新思路。 

      金属所博士生洪艺伦、刘志博副研究员和博士生王磊为该论文共同第一作者,任文才为通讯作者。该研究得到了中科院“从01”原始创新项目和中科院战略性先导科技专项(B类)等的支持。 

        

      原文链接:https://science.sciencemag.org/content/369/6504/670 

       

      1. 二维层状MoSi2N4材料及其性质

        

打印】【关闭