利用新型机械解理技术制备大面积单层MoTe2及WTe2拓扑材料并研究其电子结构和量子输运行为
结题报告
批准号:
11874405
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
黄元
依托单位:
学科分类:
A2004.凝聚态物质电子结构
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
戎洪涛、蔡永青、闫宏涛、李聪、宋春尧
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中文摘要
随着二维材料研究的不断深入,大面积高质量样品的制备成为限制二维拓扑和超导材料研究进展的技术瓶颈,是急需解决的关键问题。本项目我们将通过研究机械解理过程中的机理,探索二维材料新型机械解理技术。借助于该技术,制备出毫米量级尺寸高质量的单层1T'相MoTe2和WTe2材料,通过自主研制的先进深紫外激光角分辨光电子能谱对其电子结构进行研究,并通过器件测量探索输运中的量子行为。研究主要包括:1.探索新型机械解理技术,制备毫米量级以上的大面积单层材料;2.通过角分辨光电子能谱分析单层MoTe2和WTe2的电子结构;3.研究MoTe2材料中的超导电性及层数依赖关系;4.利用电输运测量手段,探索单双层MoTe2和WTe2中的拓扑性质。本研究所发展的新型机械解理方法将会极大的推动二维材料的研究进展,同时对单层MoTe2、WTe2材料的电子结构的研究也将有助于理解其超导及拓扑行为的起源及影响因素。
英文摘要
With the continuous development of two dimensional (2D) materials research, the preparation of large area and high quality samples is becoming the bottleneck for studying of 2D topological and superconductive materials, which is a key issue that needs urgent solution. In this project, we propose to carry out some systematic experiments to deeply understand the mechanism during exfoliation, and develop a new exfoliation technology for preparing 2D materials. By using the new exfoliation method, we are going to prepare millimeter size high quality monolayer MoTe2 and WTe2 (1T' phase), and using ultraviolet laser-based angle resolved photoemission spectroscopy (ARPES) to study their electronic structure, as well as some quantum transport behaviors in device measurements. We will focus on a few points: (1) to explore new exfoliation method and prepare millimeter size large area monolayer materials; (2) to capture the electronic structure of mononlayer MoTe2 and WTe2 by using ARPES; (3) to study the layer dependent superconductivity in MoTe2; (4) to explore the topological properties in MoTe2 and WTe2 by using electrical transport measurements. So the new developed mechanical exfoliation method will accelerate the progress in 2D materials' study, in the mean time, the electronic structure study of MoTe2 and WTe2 will be helpful to clarify the origin and influence factors of superconductivity and topological behaviors.
二维材料蕴含着丰富的物理性质,已成为凝聚态物理领域的重要研究方向。1T相的WTe2 和 MoTe2 已被证实具有第二类Weyl 半金属特性,理论预言这两种材料单层具有拓扑绝缘体的性质。目前 WTe2 已经有一些相关的报道,但是MoTe2 的研究还相对较少。本项目中我们利用新型高效机械解理技术,探索 MoTe2 和WTe2体系中的量子行为。研究内容主要包括:1. 发展新型机械解理技术;2. 研究单层MoTe2和WTe2的电子结构;3. 利用电输运测量手段,研究MoTe2材料中的超导电性。本研究所发展的新型机械解理方法将会极大的推动二维材料的研究进展,同时对单层MoTe2、WTe2材料的电子结构的研究也将有助于理解其超导及拓扑行为的起源及影响因素。.本项目执行期内,项目团队发表学术论文41篇,申请专利3项,取得了丰硕的研究成果,为下一步开展相关领域的研究积累了丰富的实验和理论储备。主要成果包括:.(1)发展了金膜和银膜辅助的两种普适性新型解理技术,成功制备出了40多种毫米量级以上的大面积二维材料,结合角分辨光电子能谱,电输运测量等先进实验手段,对解理后的二维材料进行了系统研究,相关工作发表在Nature Communications [ESI高被引文章,被引320余次]和Advanced Science期刊。.(2)成功获得了毫米量级的单层MoTe2单晶,并通过拉曼光谱、输运测量等对其电学和能带结构进行了研究。.(3)利用低温拉曼光谱研究了二阶拓扑绝缘体候选材料1T'-MoTe2的晶体结构相变随该材料厚度的演化。当利用金膜辅助解理法得到的1T'-MoTe2薄膜的厚度小于19.5 nm,温度低至80 K,层间振动模式D依然没有出现,依然保持单斜晶体结构,没有发生如1T'-MoTe2块材中从单斜转变为正交的结构相变。该工作为开展低温下1T'-MoTe2的二阶拓扑绝缘体态研究打下了基础。.(4)发展了制备悬空二维材料的新技术,获得了包括MoTe2, WTe2在内的多种悬空二维材料,通过低波数拉曼光谱证明了金、银与MoS2, MoTe2等材料可以形成准共价键,在薄层中抑制了层间剪切和呼吸振动。该研究为探索高质量悬空二维材料引入了新思路。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1360/tb-2021-0866
发表时间:2021
期刊:科学通报
影响因子:--
作者:黄元;黄泽平;张全震;王业亮
通讯作者:王业亮
Raman spectra evidence for the covalent-like quasi-bonding between exfoliated MoS2 and Au films
剥离的MoS_2和Au薄膜之间的类共价准键合的拉曼光谱证据
DOI:10.1007/s11432-020-3173-9
发表时间:2021-04-01
期刊:SCIENCE CHINA-INFORMATION SCIENCES
影响因子:8.8
作者:Huang, Xinyu;Zhang, Lei;Huang, Yuan
通讯作者:Huang, Yuan
DOI:10.1103/physrevx.11.011003
发表时间:2021-01-06
期刊:PHYSICAL REVIEW X
影响因子:12.5
作者:Yang, Shiqi;Xu, Xiaolong;Ye, Yu
通讯作者:Ye, Yu
One-Step Exfoliation Method for Plasmonic Activation of Large-Area 2D Crystals.
用于大面积二维晶体等离子体激活的一步剥离方法
DOI:10.1002/advs.202204247
发表时间:2022-11
期刊:ADVANCED SCIENCE
影响因子:15.1
作者:Fu, Qiang;Dai, Jia-Qi;Huang, Xin-Yu;Dai, Yun-Yun;Pan, Yu-Hao;Yang, Long-Long;Sun, Zhen-Yu;Miao, Tai-Min;Zhou, Meng-Fan;Zhao, Lin;Zhao, Wei-Jie;Han, Xu;Lu, Jun-Peng;Gao, Hong-Jun;Zhou, Xing-Jiang;Wang, Ye-Liang;Ni, Zhen-Hua;Ji, Wei;Huang, Yuan
通讯作者:Huang, Yuan
Trion-to-exciton upconversion dynamics in monolayer WSe2
单层 WSe2 中 Trion 到激子的上转换动力学
DOI:10.1063/5.0012116
发表时间:2020-08
期刊:Applied Physics Letters
影响因子:4
作者:Wenze Lan;Jianfang Wang;Ming Xin;Yuan Huang;Changzhi Gu;Baoli Liu
通讯作者:Baoli Liu
石墨烯及异质结纳米卷的可控制备与器件研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    黄元
  • 依托单位:
国内基金
海外基金