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液態金屬合成超薄層狀材料!用於高效能光電探測器

由 飛翰生活 發表于 綜藝2021-06-05
簡介透過演示在280至850 nm波長範圍內工作的寬頻光電探測器,可以闡明原子薄層SnS的非常吸引人的材料特性

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石墨烯等二維材料一直是眾多科學發現的主要關注點。然而,過渡金屬單硫屬元素化物(如IV族單硫屬元素化物(MX,M = Sn,Ge,Pb等,X = S,Se))的巨大潛力仍相對未開發。這些材料的理論研究已經揭示了其量子極限的特殊電子和光電效能,但由於無法獲得大的長寬比,因此尚未受到實驗性推力。而原子層面的輕薄材料儘管具有引人入勝的效能,但仍面臨著不斷的挑戰。單硫化錫(SnS)是一種低成本,自然豐富的層狀材料,其帶隙可調,在原子厚度下顯示出優異的載流子遷移率和大吸收係數的特性,因此其對電子和光電子學具有非常大吸引力。然而,

缺乏成功的合成技術來製備大面積和原子層面儘可能薄的SnSS層,主要是由於強的層間相互作用阻礙了這些特性在通用應用中的探索。

為此,來自皇家墨爾本理工大學的Vaishnavi Krishnamurthi等人在《Advanced Materials》上發表題為“適用於高效能寬頻光電探測器的液態金屬合成超薄SnS層”的文章。在本文中,SnS層的印刷厚度從單個單位晶胞(0。8 nm)到由金屬液態錫合成的多個堆疊單位晶胞(≈1。8nm)不等,其橫向尺寸為毫米級。

論文連結:

https://doi。org/10。1002/adma。202004247

液態金屬合成超薄層狀材料!用於高效能光電探測器

結果表明,這些大面積的SnS層具有較寬的光譜響應,具有從深紫外(UV)到近紅外(NIR)波長(即280-850nm)的範圍,並具有快速的光電檢測功能。對於單個單元厚的分層SnS結構而言,其在660 nm的室溫工作波長下,光電探測器的響應度(927 A W-1)比商用光電探測器高出三個數量級。

這項研究為合成用於寬頻、高效能光電探測器的大橫向可複製奈米片開闢了一條新途徑。它還為整合光電電路、感測和生物醫學成像中的可擴充套件應用提供了重要的技術支援。

液態金屬合成超薄層狀材料!用於高效能光電探測器

圖1。SnS合成示意圖和特徵

液態金屬合成超薄層狀材料!用於高效能光電探測器

圖2。DFT計算和能帶結構的實驗分析

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圖3。單層和多層晶胞厚SnS層的表徵。

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圖4。單晶胞厚度和多個晶胞厚度SnS層的品質因數

總之,本文已經成功地提出了利用熔融Sn在傳統基板上的vdW轉移的原理,合成了大面積單層和多層單位晶格厚的SnS層的方法。合成SnS層的實驗表徵證實帶隙會隨著層厚度的增加而減小,這已透過理論計算得到了進一步驗證。透過演示在280至850 nm波長範圍內工作的寬頻光電探測器,可以闡明原子薄層SnS的非常吸引人的材料特性。與最先進的商用光電探測器相比,寬頻光電探測器獲得的品質指標顯示出超過三個數量級的響應度。即使在如此低的厚度下,原子薄SnS層的穩定性也是一個明顯的優勢。

因此,本工作為大面積合成代表性材料的超薄層提出了一條新途徑,而該超薄層通常無法使用常規方法以原子層面的尺度進行合成。這也為發現可能存在於其他層狀材料的量子極限處的獨特性質打開了新途徑。(文:SSC)

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