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发现二维层状MoSi2N4材料家族

信息来源:SYNL更新时间:2021-03-05阅读:342

      以石墨烯为代表的二维范德华层状材料具有独特的电学、光学、力学、热学等性质,在电子、光电子、能源、环境、航空航天等领域具有广阔的应用前景。目前广泛研究的二维层状材料,如石墨烯、氮化硼、过渡金属硫族化合物、黑磷烯等,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。

      先进炭材料研究部石墨烯等二维材料研究团队发现,在化学气相沉积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,从而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 7个原子层,由两个Si-N层夹持单层MoN(N-Mo-N)构成。他们进一步与陈星秋和孙东明研究组合作,发现该材料具有半导体性质(带隙约1.94 eV)和优于MoS2的理论载流子迁移率,还表现出优于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十多种与单层MoSi2N4具有相同结构的二维范德华层状材料,包含不同带隙的半导体、金属和磁性半金属。

      该工作不仅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,而且开辟了制备全新二维范德华层状材料的研究方向,为获得更多新型二维材料提供了新思路。

      该工作于2020年8月7日发表在《科学》(Science, 369 (2020) 670)上,被石墨烯发现者、诺贝尔奖获得者KS Novoselov教授评价为“二维材料发展的一个里程碑”。

图1. 二维层状MoSi2N4材料及其性质。