【为学故事】一种新型纳米级别同质结的制备与研究

为鼓励研究生学术创新和产出高水平学术成果，培养拔尖创新人才，学校设立了“研究生高水平学术创新项目”。项目实施以来，在各院系通力配合和研究生导师精心指导下，多名研究生取得了优异成绩和创新性成果。为此，研究生院推出【为学故事】系列报道，介绍2021年度“研究生高水平学术创新项目”优秀研究生及其科研工作，以期在广大研究生之中，倡导严谨笃学、求实求新之精神，培育勤勉致知、善学进取之学风。

李甜 （物理系 凝聚态专业 硕士研究生）

指导教师：马冬林

科研感言：Anything but ordinary.

从2004年石墨烯被发现以来，它具有的各种新奇的物理、化学性能争相被科研工作者发现并研究。随后，一大批新型二维材料破土而出，并在电子和光电器件中绽放异彩。我的研究方向是二维材料的生长及其物理、化学性质的研究，主要探索二维过渡金属二硫族化合物的生长及其性质。

在研究生高水平学术创新项目的支持下，我们成功合成了符合化学计量比的单层碲化铜单晶。目前，为了实现功能化的电子和光电器件，金属-半导体异质结成为了现代光电器件的核心，然而异质结接触界面会产生一些不利于电子注入的因素。因此，为了降低接触电阻，得到一个具有原子级别尖锐且晶格匹配的异质结接触界面是十分有必要的。通过扫描隧道显微镜，我们发现此次制备的合成物具有金属特性的1T相和具有半导体特性的1T′相，并且两相之间的异质结界面达到了纳米级别的宽度。经过数据分析和对比相关文献，我们提出了一种由碲原子重构形成的1 T′相，这是对于二维碲化铜结构的新认识。值得一提的是，在实验过程中，我们创造性的使用了夹层的反应衬底结构，保证了反应物的充足供给，解决了前人在碲化铜样品生长过程中遇到的大量碲缺陷问题。介绍上述成果的论文"Lattice-Matched Metal–Semiconductor Heterointerface in Monolayer Cu₂Te"已在ACS Nano上发表。

图1: 单层碲化铜的1T相（左）和1 T′相（右）的扫描隧道显微镜照片及其原子结构

单晶二维材料的形貌通常根据其自身晶格对称性决定，完美的二维单晶样品通常都是正三角形、正四边形或正六边形。在接触二维材料的这几年时间里，我始终保持着精益求精的态度，不厌其烦的调整各种实验参数，为的就是样品可以生长成我心目中完美的几何形状。当完美的样品最终呈现在我眼前时，我不仅感受到成功的喜悦，还有审美的享受。我希望自己制备的二维材料有朝一日能够被广泛应用于日常生活，也希望自己能在二维材料制备领域中越走越远。