为了系统探索石墨烯层间耦合作用对其机电性质的影响,利用ReS2光电探测器超高的响应率实现了对微弱光信号的探测。我校物理学院、固体微结构物理国家重点实验室、微结构科学与技术协同创新中心的缪峰教授课题组和王伯根教授课题组在石墨烯的压电性质研究领域取得重要进展,相关论文以“The
positive piezoconductive effect in
graphene”为题,于2015年9月11日发表在《自然·通讯》杂志上 (澳门大赌场app,为了系统探索石墨烯层间耦合作用对其机电性质的影响,利用ReS2光电探测器超高的响应率实现了对微弱光信号的探测。为了系统探索石墨烯层间耦合作用对其机电性质的影响,利用ReS2光电探测器超高的响应率实现了对微弱光信号的探测。为了系统探索石墨烯层间耦合作用对其机电性质的影响,利用ReS2光电探测器超高的响应率实现了对微弱光信号的探测。为了系统探索石墨烯层间耦合作用对其机电性质的影响,利用ReS2光电探测器超高的响应率实现了对微弱光信号的探测。为了系统探索石墨烯层间耦合作用对其机电性质的影响,利用ReS2光电探测器超高的响应率实现了对微弱光信号的探测。Nature
Communications
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8119,2015www.nature.com/ncomms/2015/150911/ncomms9119/full/ncomms9119.html)。该工作主要由南京大学和中国科学技术大学合作完成。邢定钰院士直接参与和指导了本文的工作。我校物理学院博士生徐康开展了实验工作,中科大博士生王科和我校物理学院赵为博士进行了理论工作,通讯作者是南京大学缪峰教授、王伯根教授及中科大乔振华教授。

为了系统探索石墨烯层间耦合作用对其机电性质的影响,利用ReS2光电探测器超高的响应率实现了对微弱光信号的探测。为了系统探索石墨烯层间耦合作用对其机电性质的影响,利用ReS2光电探测器超高的响应率实现了对微弱光信号的探测。我校物理学院、固体微结构物理国家重点实验室、南京微结构科学与技术协同创新中心的缪峰教授课题组和王伯根教授课题组在新型二维材料二硫化铼光电探测器研究领域取得重要进展,相关论文于2016年2月5日发表在《Advanced
Functional Materials》杂志上(Advanced Functional Materials,
DOI:10.1002/adfm.201504408)。邢定钰院士指导并参与了本文的工作。该论文的第一作者是物理学院博士后刘尔富博士,通讯作者是南京大学缪峰教授、王伯根教授及斯坦福大学袁洪涛研究员。

中国科学技术大学教授乔振华课题组与南京大学教授缪峰、王伯根合作,在多层石墨烯的压电效应的研究方面取得新进展,首次在实验上观察到石墨烯材料体系中正的压电效应,并在理论上揭示了多层结构内层间相互作用对该效应的显著贡献。研究成果于9月11日在线发表在《自然·通讯》上,乔振华课题组的博士研究生王科为共同第一作者。

为了系统探索石墨烯层间耦合作用对其机电性质的影响,利用ReS2光电探测器超高的响应率实现了对微弱光信号的探测。作为自然界最薄,同时具备优异导电性和弹性的材料,石墨烯不仅在后摩尔时代电子器件领域受到广泛的关注,并且在纳米机电系统方向也展现了巨大的应用潜力。同时,二维材料体系依靠层间的范德瓦尔斯力堆叠而成,导致了它们的电子结构和电学性质受层间耦合作用影响很大,然而层间耦合作用对二维材料机电性质的影响却鲜有报道。

网赌app下载,正规赌钱游戏平台,澳门十大赌场官方网,为了系统探索石墨烯层间耦合作用对其机电性质的影响,利用ReS2光电探测器超高的响应率实现了对微弱光信号的探测。自2004年石墨烯被发现以来,二维材料已成为近十余年的研究热点。2011年开始被广泛关注的过渡金属硫族化合物是具有合适带隙的半导体型二维材料,在电子与光电器件应用等方面展现出巨大潜力,为后摩尔时代集成化电子器件的研究开辟了新的方向。作为一类特殊的过渡金属硫族化合物,二硫化铼具有低晶格对称性和弱层间耦合的特性,从而表现出与其他过渡金属硫族化物不同的物理性质,例如各向异性以及在多层样品中保持直接带隙。而其中多层直接带隙这一特性预示ReS2可能在高性能光电探测器件领域有重要的应用前景。

石墨烯是单原子层的碳材料,于2004年由Geim和Novoselov首次以机械剥离法得到,并作为第一个真正的二维体系开始了二维材料研究的时代。由于石墨烯非常优越的力学、电学与磁学性质,很快吸引了凝聚态物理领域很多物理学家的注意力。其中,石墨烯的优异弹性使得力学方式成为一种有效的调控手段并取得一系列进展,比如实验上已经观测到应力引起的高达300特斯拉的赝磁场。更多理论预言,如应力导致的量子霍尔效应、超导等,还有待更确定的实验验证。另外,如何通过力学方法控制电子输运性质也还需在理论和实验上做更深入的研究。以前的研究已经发现单层石墨烯会实现负压电效应。乔振华与合作者发现,不同于单层石墨烯,双层和多层石墨烯可以实现正压电电导效应。在外界应力下,单层石墨烯中碳原子间距增大,近邻跃迁能量变低,从而导致电子费米速度变小,并进一步引起电导降低,产生负的压电效应。然而,在多层石墨烯中外界应力不仅拉长面内碳原子间距,同时减小了石墨烯的层间距,导致层间碳原子间跃迁能量增大,更重要的是由层间相互作用引入的格点位能的修正。这种修正引起受压区间内费米面变化,增加了导电通道,从而增强电导产生正压电电导效应。实验和理论的结合很好地解释了层间相互作用给出的这种违反直觉的物理现象。该研究不仅深入了对石墨烯体系的力学、电学性质的理解,也有助于探讨其在纳米机电系统和柔性电子器件中的应用。

为了系统探索石墨烯层间耦合作用对其机电性质的影响,这项工作利用微加工工艺在二氧化硅衬底上制备了一系列微米尺度沟道,再利用机械解理法得到了不同层数的悬浮石墨烯,最后利用可校准掩膜板工艺成功制备了悬浮石墨烯电子器件。该方法避免了传统湿法工艺的缺点,可得到高质量的悬浮石墨烯器件,为石墨烯本征压电性质的测量提供了器件基础。利用基于原子力显微镜构建的压力调制电导显微镜技术,这项工作进一步系统研究了从单层到多层悬浮石墨烯的压电性质,首次发现了多层石墨烯中正的压电电导效应,并发现该效应在三层石墨烯中表现最明显。基于非平衡格林函数和第一性原理计算的理论研究表明,这个新奇的现象来源于石墨烯层间耦合作用和层内电子跃迁的相互竞争。单层石墨烯体系里只有层内的电子输运,因此表现出负的压电电导效应;而多层石墨烯体系由于存在层间耦合作用,并且该耦合作用受到层数和应力的调控,最终表现出跟随层数和应力变化的正的压电电导效应。该项工作丰富了人们对石墨烯的本征机电性质的理解,并指出石墨烯层数在构建基于石墨烯的纳米机电系统和柔性电子器件中的重要作用。基于这项发现,课题组已申请国家发明专利一项,并进入实质审查阶段。

这项工作基于该课题组之前对薄层ReS2性质的研究(Nature Communications 6,
6991 ; DOI:
10.1038/ncomms7991),利用机械解理法以及二维材料定向转移法得到了多层ReS2与氮化硼的高质量范德瓦尔斯异质结构,并利用微纳加工方法制备了基于多层ReS2的高性能光电晶体管器件。在可见光波段的激光照射下,ReS2光电探测器表现出优异的性能,光电响应率高达88600
A/W,比之前报道的结果高出了5000倍。这一数值在所有类似结构的二维材料光电器件中是最高的,是单层MoS2光电探测器的100倍。如此高的光电响应率可通过多层ReS2中较高的光吸收以及有效的增益机制来解释,其中增益机制来自于ReS2中的缺陷态,该机制也得到器件电子输运机制研究结果的证实。基于ReS2的高性能光电探测器件因为其超高的响应率,可能会在微弱信号探测领域有着重要的应用,该项工作最后还利用打火机及日光灯作为微弱光源成功实现了简单的演示。

上述研究得到国家自然科学基金、中科院“百人计划”、中组部“青年千人计划”、教育部“2011计划”、安徽省自然科学基金等资助。

该工作为该课题组继今年5月报道的二硫化铼研究进展(Nature
Communications
6,
6991,2015)之后,在二维材料电子输运及器件领域取得的又一重要进展。相关链接:
www.nature.com/ncomms/2015/150507/ncomms7991/full/ncomms7991.html。

这项工作的主要意义在于:研究了新型二维材料ReS2与氮化硼异质结的光电探测性能,得到所有类似结构的二维材料光电探测器中最高的探测率(88600
A/W);结合电子输运的研究,解释了基于ReS2光电探测器超高响应率的机制;利用ReS2光电探测器超高的响应率实现了对微弱光信号的探测,为ReS2在未来光电子器件方向的应用提供了基础。

文章链接

相关研究得到科技部“量子调控”国家重大科学研究计划项目、科技部国家重点基础研究发展计划、江苏省杰出青年基金、国家自然科学基金、教育部协同创新计划等资助。

该项研究得到科技部“量子调控”国家重大科学研究计划项目、江苏省杰出青年基金、科技部国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金等资助。

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悬浮石墨烯电子器件光学显微镜图片;压力调制电导显微镜装置示意图;不同层数悬浮石墨烯器件相对电导变化随石墨烯应变的变化关系曲线;垂直压力施加状态下三层石墨烯晶格结构畸变示意图。

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中国科大等在多层石墨烯压电效应研究中取得进展

(物理学院 缪峰 科学技术处)

基于多层ReS2与氮化硼范德瓦尔斯异质结构的高性能光电晶体管器件;ReS2光电探测器的超高响应率,和所有类似结构的二维材料光电器件相比是最高的;缺陷态导致的增益机制示意图;实现对微弱光信号的探测。

(物理学院 科学技术处)

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