二维MoS2的电输运性能与其原子间电场的内在联系研究

Two-dimensional (2D) MoS2 is applied widely in nano semiconductor devices of which the property is depend on the electrical transport of the 2D MoS2. The researches on 2D MoS2 indicated that the electrical transport is affected by whether it contains impurities and defects or whether these impurities and defects change the structure. However, the electrical transports of these 2D materials are depended on the distribution of carriers which is affected by atomic electric fields. The researches on this field still lack. This project will use the Cs-corrected transmission electron microscope to record the Ronchigram. The atomic electron fields and charge density can be obtained by the momentum transfer of the Ronchigram. Combined with the in situ electrical property obtained by in situ holder, the atomic electric field and charge density of Mo, S, impurities and vacancies with and without applied electric field can be obtained, from which the effect of applied electric field on atomic electric fields and charge density can be revealed. The combination of these results can establish the relationship between the electrical transport and atomic electric fields of 2D MoS2. The implementation of this project can help us to understand the atomic origin of electrical transport of 2D MoS2.

二维MoS2作为半导体材料已被广泛用于纳米半导体器件，这些器件的性能决定于该类材料的电输运性能。目前的研究已经表明二维MoS2的电输运性能的影响因素有该类材料中是否包含缺陷和杂质的掺杂及缺陷、杂质对该类材料的原子结构的改变。然而，二维MoS2的电输运性能也取决于载流子在外电场下的分布情况，而载流子的分布则受原子间电场的分布的影响，对此方面的研究尚为空白。本申请拟使用球差校正电镜结合原位样品杆分别在有无外电场下记录原子分辨率下二维MoS2的Ronchigram盘（即会聚电子束产生的交叠衍射盘），获得Mo原子、S原子及其他杂质原子和空位的原子间电场和电荷密度分布情况，并同步用原位样品杆测量MoS2的电输运性能。将以上结果结合起来建立二维MoS2的电输运性能与原子间电场的关系。本项目的实施将有助于理解二维MoS2电输运性能的原子根源。

二维层状半导体材料因其在超薄（原子层厚度）的场效应管、异质结及可弯折的透明电子和光电器件等方面的潜在应用而备受关注。然而该类材料中层数、相结构、堆垛方式及缺陷对其性能影响显著。透射电子显微技术（TEM）是表征材料原子结构的一种强大手段。本报告应用透射电镜，研究了二维材料的原子间电场和电荷密度与应变之间的关系，以及二维材料的结构与性能之间的关系，具体成果为1.在球差校正透射电镜中，应用差分相位衬度的方法获得晶界处有应变的二维PtSe2的原子间电场和电荷密度，得到了应变对电场和电荷密度的影响；2. 应用低压低束流密度透射电镜研究了新型二维材料石墨炔的结构，实现了六层石墨炔的直接成像及其晶体结构六层石墨炔的直接确定；3. 将二维材料SnS2纳米片应用于锂电池负极材料，研究了其在电池循环过程中的结构演变，阐明了其性能的起源。在该项目的支持下，我们得到了一系列重要的研究成果，发表SCI学术论文4篇，完成了原定的科研计划，并做了一定的扩展工作。我们期望这些研究成果对今后二维层状半导体材料的设计和研究起到一定的推动作用。.