電智學院丁利蘋副教授在二維半導體領(lǐng)域取得系列重要研究進展

近期，電智學院丁利蘋副教授在二維材料及超硬材料領(lǐng)域取得系列成果，相繼在國際知名期刊《ACS Nano》(IF: 15.881)、《Nature Communications》(IF: 14.919)、《Journal of Physical Chemistry Letter》(IF: 6.475)、《Nanoscale Horizons》(IF: 10.989)發(fā)表4篇高水平論文。

成果1：針對在液態(tài)基底上，不同邊界的二維晶疇能否通過無縫融合實現(xiàn)晶圓級單晶生長這一至今尚不清楚的科學問題。電智學院丁利蘋副教授與韓國蔚山基礎(chǔ)科學研究院丁峰教授合作在“ACS Nano 2022, 15, 19387”上發(fā)表題為“Mechanism of 2D Materials Seamless-Coalescences on Liquid Substrate”的論文。以六方氮化硼（hBN）在液態(tài)金表面的生長為例，系統(tǒng)研究了不同邊界的hBN晶疇無縫融合過程。從靜態(tài)計算到分子動力學模擬，全面探究大尺寸、高質(zhì)量晶圓級hBN單晶生長的微觀機理。丁利蘋副教授為論文第一作者，我校文理學院邵鵬副教授為論文第二作者。

全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05810

成果2：丁利蘋副教授與北京大學王恩哥院士、劉開輝教授，南方科技大學俞大鵬院士、韓國基礎(chǔ)科學研究院丁峰教授等合作，針對目前常規(guī)方法中采用升華硫單質(zhì)制備二維半導體TMDs中存在高密度硫空位的問題，提出了一種表界面硫族單原子供應(yīng)制備高品質(zhì)TMDs及其合金的新方法。該方法通過設(shè)計局域空間，成功實現(xiàn)低缺陷密度、優(yōu)異光學和電學特性的單層MX₂（M=Mo、W；X=S、Se、Te）晶圓制備，并首次報道了四元合金MoS_2(1-x-y)Se_2xTe_2y的可控合成。該成果被推薦為“中國半導體十大研究進展候選”(新聞鏈接https://mp.weixin.qq.com/s/RI5UCUCUgQSigi2vkGW3nQ)。相關(guān)研究成果發(fā)表于“Nature Communications 13, 1007”雜志上。左勇剛、劉燦、丁利蘋、喬瑞喜為論文共同第一作者；北京大學劉開輝、韓國基礎(chǔ)科學研究院丁峰、中國科學院物理研究所白雪冬和北京大學博士后劉燦為共同通訊作者。

全文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28628-7

成果3：硼化釔因其超導性和高化學穩(wěn)定性而備受關(guān)注。然而，硼化釔的機械性能和硬度的相關(guān)知識還不清楚。基于CALYPSO全局結(jié)構(gòu)搜索技術(shù)和第一性原理，對不同化學配比的硼化釔進行了系統(tǒng)研究。結(jié)果預(yù)測了一種具有R3m六方結(jié)構(gòu)的新型硼釔化合物YB₆，與實驗合成的Pm3?m結(jié)構(gòu)相比，預(yù)測的R3m-YB₆更穩(wěn)定。計算的生成焓、彈性常數(shù)和聲子譜清晰的表明，R3m-YB₆具有較高的機械穩(wěn)定性和動力學穩(wěn)定性。電子態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)顯示，所有穩(wěn)定的硼酸釔都具有金屬性。基于我們開發(fā)的半經(jīng)驗硬度公式，計算R3m-YB₆的維氏硬度為37.0 GPa，表明它是一種潛在的超硬金屬。該研究為實驗合成超硬硼化釔晶體提供理論依據(jù)。該研究成果發(fā)表于自然指數(shù)期刊“Journal of Physical Chemistry Letter 12, 5423-5429 ”。丁利蘋副教授為第一作者，邵鵬副教授為共同通訊作者。

全文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.1c01300

成果4：前期的實驗研究表明，二維黑磷的邊界存在懸掛鍵而易發(fā)生重構(gòu)，然而黑磷的邊界重構(gòu)結(jié)構(gòu)至今未被確定。我們針對二維黑磷的三種邊界(AC、ZZ、ZZ1)的重構(gòu)結(jié)構(gòu)進行了全局搜索。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這三類原始邊界都是處于亞穩(wěn)態(tài)，它們傾向于形成三類重構(gòu)：(i)形成P=P雙鍵（一個σ鍵和一個π鍵）快速自鈍化，(ii)重構(gòu)形成多邊形環(huán)，使所有P原子與三個sp³鍵結(jié)合，或(iii)形成特殊的P(2)-P(4)構(gòu)型。與原始邊界不同，所有這些高度穩(wěn)定的重構(gòu)邊界都是半導體的。這項研究表明，就像三維晶體的表面一樣，在基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用中必須考慮二維材料邊界重構(gòu)。該研究成果以“Self-passivation leads to semiconducting edges of black phosphorene”為題發(fā)表于“Nanoscale Horizons, 6, 148”。丁利蘋副教授為第一作者，韓國蔚山基礎(chǔ)科學研究院丁峰教授為通訊作者。

全文鏈接：https://doi.org/10.1039/d0nh00506a

（核稿：孫連山 編輯：郭姍姍）