二维铬基硫族化合物的化学气相生长及性能研究

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石墨烯的问世掀起了二维材料的研究热潮。二维尺度带来的一系列新奇的物理特性以及对平面加工工艺良好的兼容性,使二维功能材料成为构筑未来电子器件的首选材料之一。其中,二维磁性材料是未来低维自旋电子器件的发展基础。然而大多数已开发的二维材料并不具有本征磁性,关于二维磁性材料的早期研究主要集中在非磁性二维材料的磁学改性上。直至近两年,伴随着二维磁性材料的成功制备,关于本征二维磁性的研究才开始兴起和发展。目前报道的二维材料,如CrI3、Cr2Ge2Te6、Fe3GeTe2等,均为典型的范德华晶体,可以通过简单的机械剥离法获得薄层结构,但其产量却受到很大限制。CrI3等不能在大气中稳定存在,材料的制备、器件的构筑甚至后期的性能测试均需在手套箱中进行;较低的居里转变温度也是阻碍其实际应用的瓶颈之一。因此,实现高稳定性的室温二维本征磁性材料的大量制备是目前该领域急需解决的问题之一。本工作以具有室温稳定性和本征磁性的非层状铬基硫族化合物为研究对象,借助改进的化学气相沉积法(chemical vapor deposition,简称CVD)成功合成了薄层的二维样品,并对其基本结构、光学、电学、磁输运等性质进行表征和分析。具体工作如下:(1)通过改进的CVD法,即结合范德华外延生长和限域生长空间的构筑,成功合成了三角形或六边形的二维超薄材料。样品尺寸最大可达40?m,厚度最薄为2.5 nm。使用XRD、XPS、EDS、TEM等手段对材料的物相、结构、元素等进行表征和分析,确认获得的二维材料为菱方相的Cr2S3。借助共聚焦拉曼设备对该材料的拉曼振动光谱进行系统的采集和分析,研究了厚度和温度对其拉曼位移的影响,并首次对其拉曼振动模进行归属判别。材料的低温电输运性能显示材料具有良好的导电性且表现出典型的半导体特性。(2)通过引入石英U型槽构筑限域生长空间,以此调节气流传输的速率和浓度,结合范德华外延生长,成功合成了超薄的T?相Cr0.68Se纳米片。首次对该材料的拉曼振动光谱进行采集和分析,并对其拉曼振动模进行归属判别。研究样品厚度的变化对材料拉曼峰位移的影响。分别借助高真空的低温变温台和高温变温台研究样品在低温区域和高温区域拉曼峰的变化,以探究材料的导热性能和热稳定性。电学和磁输运测试表明材料具有良好的导电性,对栅极调控不敏感,并表现出微弱的P型半导体特性。(3)通过范德华外延生长,成功在云母衬底上合成了六边形的单斜相Cr5Te8纳米片。借助XRD、XPS、TEM等手段表征和分析了材料的物相、成分和结构。联合共聚焦拉曼系统和飞秒激光器,对该材料的光学性质和结构进行了表征和分析。最后,我们对全文进行了总结,提出本工作存在的问题以及今后的研究计划。
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