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新型二维层状材料家族再“添丁”

发布时间:2020-08-21  来源:科技日报

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  最新发现与创新

  科技日报讯 (记者郝晓明)记者从中国科学院金属研究所获悉,沈阳材料科学国家研究中心先进炭材料研究部在新型二维材料方面取得新进展,制备出厘米级单层薄膜二维MoSi2N4材料。该研究成果日前在《科学》杂志在线刊发。

  目前广泛研究的二维层状材料如石墨烯、氮化硼等,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新型二维层状材料,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。

  2015年,中科院金属所沈阳材料科学国家研究中心任文才、成会明团队发明了双金属基底化学气相沉积(CVD)方法,制备出多种不同结构的非层状二维过渡金属碳化物晶体,并发现了超薄Mo2C为二维超导体。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。

  此次沈阳材料科学国家研究中心先进炭材料研究部的研究团队发现,在CVD生长非层状二维氮化钼的过程中,引入硅元素可以钝化其表面悬键,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。单层MoSi2N4包含N-Si-N-Mo-N-Si-N共7个原子层,可以看成是由两个Si-N层夹持单层MoN构成。采用类似方法,研究团队还制备出了单层WSi2N4。

  在此基础上,该研究团队与中科院金属所陈星秋研究组和孙东明研究组合作,发现了单层MoSi2N4具有半导体性质和优于MoS2的理论载流子迁移率,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10多种与单层MoSi2N4具有相同结构的二维层状材料,包含不同带隙的半导体、金属和磁性半金属等。

  该研究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,也开辟了制备全新二维层状材料的研究方向。

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