二维主族金属硫属化物电子学性质的研究

Two dimensional (2D) materials have attracted global attention in the past decade. Among them the transitional metal dichalcogenides (TMD) such as MoS2 etc. have been under the focus of current research, while research of similar 2D materials with the transitional metals replaced by the IVA metals (such as SnS2 and SnSe2 etc.) is at its initial stage. Knowledge of their electronic properties in the 2D limit is still lacking. In this project, we will use transport and scanning tunneling microscopy (STM) techniques to study these materials. With mechanical exfoliation and nanofabrication techniques, we will fabricate mono- and multi-layer SnS2, SnSe2 and SnSxSe2-x field effect transistors (FET). We will use transport techniques to evaluate their properties as electronic devices, and use the STM to study their band structures. We will also explore their dependence on layer number and chemical compositions. Our work will help to expand current research territory of 2D materials.

二维材料以其新奇的物理性质在过去十余年赢得了广泛的关注。其中以二硫化钼为代表的过渡族金属硫属化物（TMD）得到了深入的研究。而对主族金属硫属化物——例如SnS2、SnSe2等二维材料的研究则方兴未艾。它们的单层或少数几层的电子学性质尚不明朗。在本项目中，我们计划采用电输运和扫描隧道显微镜的手段来解答这一问题。利用机械剥离和微纳加工的方法制备单层和几层的SnS2、SnSe2和SnSxSe2-x场效应管，通过输运的方法测量它们的器件性能，通过扫描隧道显微镜的方法研究它们的能带结构。从中可以得到这一类材料的电子学性质与原子层数及与化学组成的关系，为二维材料的研究拓展新的领域。

在过去的十多年里，二维材料发展成为了凝聚态、材料科学、电子科学等诸多领域的重点研究对象。新的二维材料的发展和研究是继石墨烯、过度族金属硫属化合物和黑磷等之后大家关注的热点问题。. 在本项目的实施过程中，我们重点研究了四六族二维材料这一类新型材料，取得了如下成果。. 1：我们研究了一种新型的各向异性二维材料SnS，我们发现了其输运上的特殊性质，即在面内具有较强的输运各向异性。这是继黑磷之后的新型各向异性二维材料。为后续基于这一类材料的能谷电子学的研究奠定了基础。. 2：我们研究了具有较高迁移率的SnSe2。提出了研究这种高浓度掺杂二维材料的方法。. 3：我们研究了基于SnSe2和SnSe的新型面内异质结构的制备和表征方法。. 4：我们研究了GeSe的载流子注入问题。. 通过上述研究，我们在四六族二维材料方面做了比较系统的工作，为后续在这一类材料的研究奠定了基础。