河南师范大学安义鹏《AFM》: 后摩尔时代，探寻新型多功能纳米器件

自从石墨烯被成功制备后，人们预测并成功制备大量的二维材料单层材料，包括硅烯、氮化硼、过渡金属硫族化物(TMD)、磷烯、MX烯、硼烯、锡烯、锑烯、g-C3N4、CrX3结构等。这些二维单层材料可以表现出新奇的力、热、光、电、磁学特性。尤其是，当不同的二维材料形成垂直分布的范德瓦斯异质结或侧面拼接的共面异质结时，也常表现出一些新颖的特性。

过渡金属二硫化物是研究较多的二维材料之一。几何结构上通常存在1T (D3D), 2H (D3h) 和3R (D3v)相结构；电子结构上可能为半导体，绝缘体和金属。近年来，一些基于TMD的由相同或不同相结构构成的侧面或垂直异质结引起极大研究兴趣，包括MoS2|WSe2, MoSe2|WSe2, NbS2|WS2, VSe2|MX2等。这些异质结在晶体管和光电器件等方面具有重要潜在应用。

最近，研究人员通过两步化学气相沉积法成功制备了高质量的VS2|MoS2金属-半导体侧面异质结，与传统的上部Ni接触结构相比，该异质结具有更好的场效应迁移率。

【文章简介】

近日，河南师范大学安义鹏副教授课题组与美国加州大学Irvine分校Ruqian Wu教授等课题组合作，在国际顶尖期刊《Advanced Functional Materials》(IF=15.621)上发表了题为“Multifunctional Lateral Transition-Metal Disulfides Heterojunctions”的研究论文 (Full paper)。

该论文对过渡金属硫化物1T-VS2|1H-MoS2侧面异质结的本征自旋输运性质和机理进行了系统研究，分别设计了其二极管、场效应晶体管、光电晶体管和热电器件模型，探究了通过门电极调控、光照、改变电极温差等多种方法来调控其自旋电子输运行为，进而实现整流、场效应、光电探测、温差生电等多种功能特性。此项研究成果揭示了1T-VS2|1H-MoS2侧面异质结在纳米级自旋电子器件、光电器件和热电器件领域的重要潜在应用价值。

安义鹏副教授为该论文第一作者和通讯作者，美国加州大学Irvine分校Ruqian Wu教授为共同通讯作者。此项研究得到了国家自然科学基金、河南省高校科技创新人才基金、河南省高校青年骨干教师基金、河南师范大学优秀青年基金、河南省“高等学校学科创新引智基地”等项目支持。

【要点解析】

要点一：

图1. a) Z-type和 b) A-type VS2|MoS2侧面异质结二极管俯视和侧视图示意图。

图1显示了Z-type和 A-type VS2|MoS2侧面异质结二极管的俯视和侧视图示意图。作者首先构造了Z-type和 A-type VS2|MoS2侧面异质结的肖特基二极管结构，并研究了它们的整流作用。

图2. Z-type VS2|MoS2侧面异质结二极管的a)自旋向上和b)自旋向下电子传输谱，和 A-type VS2|MoS2侧面异质结二极管的c)自旋向上和d)自旋向下电子传输谱。自旋相关I-V曲线，整流比率，dI/dV曲线。i) I/(1 − e−qVb/kBT)-Vb曲线，j)温度相关的理想因子|n|曲线。

图2分别给出了Z-type 和A-type VS2|MoS2侧面异质结二极管的自旋相关电子透射谱、I-V、dI/dV、I/(1 − e−qVb/kBT)-Vb和温度相关的理想因子|n|曲线。

图3. 偏压相关的Z-type VS2|MoS2侧面异质结二极管电子透射谱和局域器件态密度曲线a) 0伏，b)0.8 伏，c)-0.8伏。d)自旋向上的表面能带和T(E,K), e)自旋向下的表面能带和T(E,K)。

图3分别给出了不同偏压下Z-type VS2|MoS2侧面异质结二极管的电子透射谱和局域器件态密度曲线，以及自旋相关的表面能带和T(E,K)来理解VS2|MoS2侧面异质结二极管的整流功能。

作者简介

安义鹏，2012年复旦大学博士毕业，现为河南师范大学副教授，博士生导师，河南省教育厅学术技术带头人，河南省高校科技创新人才，河南省高校青年骨干教师。长期从事凝聚态物理学与材料研究的前沿课题, 先后主持国家自然科学基金3项，省自然科学基金面上项目1项，省高校科技创新人才项目1项，主持授权国家发明专利2项，迄今已在Adv. Funct. Mater.、Phys. Rev. 系列等高水平期刊上发表被SCI收录论文60余篇，曾在美国加州大学Irvine分校从事科研交流工作一年。