中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)二維材料系列研究取得新進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員在二維材料系列研究中取得新進(jìn)展，從理論上預(yù)言了“在GaN（001）襯底上可外延生長(zhǎng)單層藍(lán)磷”的方法，并提出了非常規(guī)的“半層－半層”生長(zhǎng)機(jī)制。

針對(duì)高質(zhì)量二維黑磷或藍(lán)磷單晶的制備難題，研究人員通過(guò)第一性原理計(jì)算發(fā)現(xiàn)，由于藍(lán)磷具有相對(duì)平整的結(jié)構(gòu)形貌，其在襯底上比黑磷更穩(wěn)定，而Au（111）、Cu （111），以及GaN（001）都是適合藍(lán)磷單層生長(zhǎng)的襯底。而且，由于磷元素與鎵元素的化學(xué)親和性，以及較好的晶格匹配性，藍(lán)磷在GaN（001）表面更為穩(wěn)定。通過(guò)多尺度生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模擬，研究人員還發(fā)現(xiàn)，藍(lán)磷在GaN（001）襯底上的生長(zhǎng)遵循“半層－半層”生長(zhǎng)的非常規(guī)模式：當(dāng)吸附的磷原子在GaN（001）表面的覆蓋率增加時(shí)，磷原子會(huì)先形成一個(gè)等效于下半層藍(lán)磷的相對(duì)穩(wěn)定的過(guò)渡結(jié)構(gòu)；隨著磷原子覆蓋度的進(jìn)一步增加，上半層的藍(lán)磷也開(kāi)始形成，最終形成穩(wěn)定的藍(lán)磷單層。

據(jù)悉，“半層－半層”生長(zhǎng)機(jī)理從本質(zhì)上異于以前所發(fā)現(xiàn)的單層石墨烯外延生長(zhǎng)機(jī)理，擴(kuò)展了人們對(duì)范德瓦爾斯體系非平衡生長(zhǎng)現(xiàn)象的認(rèn)知。目前，研究人員已通過(guò)實(shí)驗(yàn)在Au（111）襯底上生長(zhǎng)出了接近完整的單層藍(lán)磷。這種直接在半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)出藍(lán)磷或藍(lán)磷單層的工藝，可直接形成器件，更有利于開(kāi)展相關(guān)研究。 (科 大)