二维过渡金属二硫化物的能带调控吕倩1,马翰原1,吕瑞涛1,2*1.清华大学材料学院,先进材料教育部重点实验室,北京100084;2.清华大学材料学院,新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京100084*联系人,E-mail:lvruitao@tsinghua.edu.cn2023-01-09收稿,2023-03-07修回,2023-03-09接受,2023-03-10网络版发表国家重点研发计划(2021YFA1200803)和国家自然科学基金(51972191)资助摘要二维过渡金属二硫化物(transitionmetaldichalcogenides,TMDCs)因其原子级平坦的表面、可调的能带结构等优势而在光学、电学、热学等领域受到广泛关注,并且为解决传统硅基晶体管尺寸进一步微缩面临的挑战提供了新的机遇.能带工程是调控二维TMDCs材料电子结构并研究其物理学特性的重要手段.本文从本征调控和外部调控两个方面综述了近年来二维TMDCs材料中的能带调控策略,主要包括本征层数调控、零维点缺陷调控(晶格空位构筑、掺杂/合金化)、施加应变、构筑异质结等.在现有研究成果的基础上,对未来的研究方向进行了展望.关键词二维材料,过渡金属二硫化物,能带调控,物理特性自从2004年英国曼彻斯特大学的Geim团队[1]从高定向热解石墨中剥离出石墨烯以来,二维(twodimen-sional,2D)层状材料的发展备受关注,涵盖了具有绝缘特性的六方氮化硼(hexagonalboronnitride,h-BN)、半导体和金属特性的过渡金属二硫化物(transitionmetaldichalcogenides,TMDCs)等.2D材料的发展为解决传统硅基晶体管尺寸进一步微缩面临的挑战提供了新的机遇.二维TMDCs材料因其原子级平坦的表面、丰富的材料组成、可调的能带结构、多样的相结构等优势,成为电学、光学、热学等领域的研究热点[2~6].由于二维平面内的载流子限域和弱介电屏蔽效应,单层TMDCs受激产生的电子-空穴对(即激子)具有大的结合能和强烈的光-物质相互作用[7].不同能带结构中激子的动力学行为可显著影响二维TMDCs的电学性能和光学响应.因此,二维TMDCs的能带结构是研究其光学激发、电子/声子输运等物理学特性的基础[8~10].例如,单层WS2具有直接带隙,赋予其强烈的光致发光(photolu-minescence,PL)效应,在低阈值光学器件领域具有重要的应用前景[8,11],随着层数增加,WS2变为间接带隙,导致PL效应显著淬灭;二维TMDCs面内异质结界面具有显著的电致发光现象,可用于发光二极管器件[12];单层的三元碲化钨核-壳结构界面处会产生内建电场,表现出显著的光伏效应[13].所以,实现二维TMDCs能带结构的有效调控对研究其物理学特性并提升其性能具有重要的意义.目前,调控二...
