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上個世紀30年代,理論物理學家列夫·朗道從理論上證明了理想二維晶體(即懸浮的二維晶體)在熱力學上是不穩定的。最理想的二維晶體是完全消除任何襯底支撐的懸浮結構,盡管科研人員對于懸浮二維晶體的獨特優勢都有非常清楚的認識,但長期以來,制備懸浮二維晶體極具挑戰。

近日,北京理工大学黄元、王业亮教授团队在二维材料悬浮结构方面取得研究成果,实现了高效的制备悬浮二维材料。该团队与北京大学、中国人民大学、中科院物理所及南京大学合作,以《An efficient route to prepare suspended monolayer for feasible optical and electronic characterizations of two-dimensional materials》为题在线发表在InfoMat上(DOI: 10.1002/inf2.12274,影响因子25.405)。

图1  二维材料悬浮结构的制备路线图(a)及解理后的二维材料(b-d),解理后的悬浮WSe2展現出良好的熒光特性(e)。(f)是將襯底圖案化(十二生肖圖案)加工後,通過優化解理工藝制備的懸浮WSe2熒光成像圖片。

研究人員通過對襯底進行孔陣列圖案化加工,選擇性的去掉部分襯底材料。針對不同的材料體系,提出了兩種二維材料懸浮結構制備方法(圖1)。通過拉曼光譜、熒光光譜、低能電子衍射、二次諧波成像和輸運測量等手段,系統的證實了懸浮結構具有更加優異的物性。這種懸浮二維材料與朗道的理論並不存在沖突,由于二維材料在有限的邊界被固定住,因此抑制了二維材料熱力學層面的不穩定性。本工作可謂是解開了二維材料的懸浮密碼,更多新奇的性質有望在懸浮結構中獲得突破,爲研究更爲本征的物性提供最理想的平台。

此項研究,北京理工大學前沿交叉科學院黃元教授爲第一作者,高宇南研究員、季威教授、周興江研究員與北京理工大學集成電路與電子學院院長王業亮教授爲共同通訊作者。

文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/inf2.12274


附作者介紹:

黄元,北京理工大学前沿交叉科学研究院教授,博士生导师。主要研究领域集中在二维材料的制备、表征、器件加工和物性测量/调控等方向。在Nature Physics、Nature Communications、Physical Review Letters等共计发表SCI论文70余篇,其中第一作者(含共一)及通讯作者文章30余篇,论文总引用3700余次。主持国家重点研发计划(青年项目),主持国家基金委优秀青年基金和面上项目,重庆市杰出青年基金项目。2019年入选中科院青促会会员,2020年获中国科协“中国十大科技新锐人物”荣誉称号,2021年获中国发明协会发明创业奖创新奖二等奖(排名第一)。担任Physical Review Letters,Nature Communications, Advanced Functional Materials, ACS Nano, Nano Letters,《物理学报》等国内外知名期刊审稿人;担任《物理》《Chinese Physics Letters》《InfoMat》《Materials》期刊青年编委。

王业亮,北京理工大学教授、博导、集成电路与电子学院院长。工信部低维量子结构与器件重点实验室主任。中国真空学会理事,中国物理学会半导体物理专业委员会委员。第八届国务院学位委员会学科评议组成员。中国物理学会胡刚复物理奖获得者。长期从事新型电子材料与器件的制备及应用研究。主要研究成果包括Nat. Mater.  1篇、Nat. Elect.  1篇、Nat. Phys. 1篇、Nat. Commun. 3篇、Adv. Mater.  5篇、Nano Lett. 6篇、ACS Nano 4篇、Phys. Rev. Lett.  2篇、J. Am. Chem. Soc. 3篇等。被引8000余次,其中单篇最高他引1000多次,多项工作被Nature及其子刊作为研究亮点报道。得国际重要学术会议30多次邀请报告。申请国家专利18项,获得授权8项。承担科技部重点研发计划项目课题、国家杰出青年基金项目/重点项目、北京市重点专项等。


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