2D atomic crystal molecular superlattices by soft plasma intercalation.
2D atomic crystal molecular superlattices by soft plasma intercalation.
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软等离子体插层二维原子晶体分子超晶格
DOI：
10.1038/s41467-020-19766-x
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发表时间：
2020-11-24
影响因子：
16.6
通讯作者：
Xiao S
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhang L;Nan H;Zhang X;Liang Q;Du A;Ni Z;Gu X;Ostrikov KK;Xiao S
二维 (2D) 原子晶体超晶格集成了多种 2D 层状材料，可实现可调节的电子和光学特性。然而，层间间隙和相互作用的可调性仍然具有挑战性。在这里，我们报告了一种基于软氧等离子体插层的解决方案。二维原子晶体分子超晶格 (ACMS) 是通过使用等离子体电场将 O2+ 离子嵌入层间空间而产生的。稳定的分子氧层是通过与相邻的过渡金属二硫属化物（TMD）单层的范德华相互作用形成的。由此产生的层间间隙扩展可以有效地隔离TMD单层，并赋予同质(MoS2[O2]x)和异质(MoS2[O2]x/WS2[O2]x)堆叠ACMS超出单层TMD典型容量的奇异特性，例如强100倍的光致发光和高100倍的光电流。我们在 2D ACMS 中调整层间堆叠和相互作用的潜在通用方法可能会产生单层材料固有的奇异超晶格特性，例如未来光电子学所追求的直接带隙。二维 (2D) 原子晶体超晶格提供了现有材料无法企及的技术机会。在这里，作者使用软等离子体策略将 O2 分子插入 2D 材料的层间空间，从而产生了 2D 原子晶体分子超晶格。
Two-dimensional (2D) atomic crystal superlattices integrate diverse 2D layered materials enabling adjustable electronic and optical properties. However, tunability of the interlayer gap and interactions remain challenging. Here we report a solution based on soft oxygen plasma intercalation. 2D atomic crystal molecular superlattices (ACMSs) are produced by intercalating O2+ ions into the interlayer space using the plasma electric field. Stable molecular oxygen layer is formed by van der Waals interactions with adjacent transition metal dichalcogenide (TMD) monolayers. The resulting interlayer gap expansion can effectively isolate TMD monolayers and impart exotic properties to homo-(MoS2[O2]x) and hetero-(MoS2[O2]x/WS2[O2]x) stacked ACMSs beyond typical capacities of monolayer TMDs, such as 100 times stronger photoluminescence and 100 times higher photocurrent. Our potentially universal approach to tune interlayer stacking and interactions in 2D ACMSs may lead to exotic superlattice properties intrinsic to monolayer materials such as direct bandgap pursued for future optoelectronics. Two-dimensional (2D) atomic crystal superlattices offer technological opportunities beyond the reach of existing materials. Here, the authors produce 2D atomic crystal molecular superlattices by intercalating O2 molecules into the interlayer space of 2D materials using a soft plasma strategy.
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