電智學(xué)院丁利蘋副教授在二維半導(dǎo)體領(lǐng)域取得系列重要研究進展

近期，電智學(xué)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(xué)問題。電智學(xué)院丁利蘋副教授與韓國蔚山基礎(chǔ)科學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)王恩哥院士、劉開輝教授，南方科技大學(xué)俞大鵬院士、韓國基礎(chǔ)科學(xué)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(dǎo)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(xué)和電學(xué)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(dǎo)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(xué)劉開輝、韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究院丁峰、中國科學(xué)院物理研究所白雪冬和北京大學(xué)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(dǎo)性和高化學(xué)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?；贑ALYPSO全局結(jié)構(gòu)搜索技術(shù)和第一性原理，對不同化學(xué)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(xué)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(dǎo)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(xué)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）