一維硼烯/銀金屬界面的構(gòu)筑與特性研究 | 進(jìn)展

二維材料憑借原子級(jí)厚度和獨(dú)特電子結(jié)構(gòu)，在新型電子器件、量子器件和低維功能材料等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。然而，二維材料的器件應(yīng)用往往受限于與金屬電極之間的接觸界面，存在界面原子結(jié)構(gòu)不清晰、接觸電阻高以及電子注入效率不足等問(wèn)題，顯著影響二維器件性能。如何構(gòu)筑結(jié)構(gòu)明確、耦合穩(wěn)定的二維材料/金屬橫向界面，是低維材料研究中的重要科學(xué)問(wèn)題。硼烯作為近年來(lái)快速發(fā)展的二維材料，相比石墨烯，具有更豐富的結(jié)構(gòu)多態(tài)性、更強(qiáng)的金屬性和更靈活的成鍵方式，為構(gòu)筑新型二維材料/金屬界面提供了獨(dú)特平臺(tái)。但硼烯與金屬電極之間如何作用、金屬原子是否參與界面形成、界面又如何影響電子行為，仍缺乏清晰的原子尺度認(rèn)識(shí)。

近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所陳嵐研究員團(tuán)隊(duì)與南開(kāi)大學(xué)胡振芃教授團(tuán)隊(duì)展開(kāi)合作，采用分子束外延方法，通過(guò)控制金屬銀表面硼烯的生長(zhǎng)條件，在相鄰硼烯疇區(qū)之間精準(zhǔn)構(gòu)筑了一維硼烯—銀金屬橫向界面。掃描隧道顯微鏡和掃描隧道譜的原子尺度表征發(fā)現(xiàn)，這些橫向界面能夠穩(wěn)定存在，并呈現(xiàn)出沿特定晶向延伸的明亮線狀結(jié)構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)第一性原理計(jì)算解析了界面的原子結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)，確認(rèn)明亮線狀結(jié)構(gòu)來(lái)源于一維硼烯/銀金屬橫向界面。銀鏈的引入重塑了界面區(qū)域的原子排布和局域電子態(tài)，與鄰近硼原子之間形成了具有極性特征的共價(jià)鍵，由此產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移和軌道耦合，一方面有助于穩(wěn)定硼烯/銀橫向界面，另一方面能夠降低局域接觸勢(shì)壘，使該界面呈現(xiàn)出類似歐姆接觸的特征。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了“襯底誘導(dǎo)—應(yīng)力驅(qū)動(dòng)”的界面形成機(jī)制。由于硼烯與銀襯底之間存在晶格失配，局域應(yīng)力促使銀原子進(jìn)入硼烯邊界區(qū)域，并形成穩(wěn)定的一維銀鏈。這一機(jī)制不僅解釋了實(shí)驗(yàn)中不同界面結(jié)構(gòu)的形成，也揭示了金屬襯底原子參與二維材料外延生長(zhǎng)和界面構(gòu)筑的新方式。

圖 在Ag(111)表面制備的四類一維硼烯—銀金屬橫向界面

該工作實(shí)現(xiàn)了一維硼烯/銀金屬橫向界面的構(gòu)筑，并從原子尺度揭示了其結(jié)構(gòu)、成鍵特征和電子耦合機(jī)制。研究結(jié)果為理解二維材料與金屬電極之間的接觸行為提供了新的物理圖像，也為解決二維器件中界面耦合和電子有效注入問(wèn)題提供了新的思路。未來(lái)，通過(guò)調(diào)控襯底、界面應(yīng)力和原子排列方式，有望進(jìn)一步構(gòu)筑特定的二維材料/金屬界面，為低阻接觸、混維異質(zhì)結(jié)構(gòu)和新型低維功能器件的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。

該工作由中國(guó)科學(xué)院物理研究所、南開(kāi)大學(xué)和山東農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位合作完成，相關(guān)研究成果以“Substrate-Induced One-Dimensional Borophene-Silver Hybridization”為題發(fā)表在《Journal of the American Chemical Society》上。中國(guó)科學(xué)院物理研究所陳嵐研究員和南開(kāi)大學(xué)胡振芃教授為共同通訊作者，高乾博士與黎文彬博士為共同第一作者。相關(guān)工作獲得了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院項(xiàng)目等的支持。

來(lái)源：表界面

原標(biāo)題：JACS: 一維硼烯-銀金屬界面的構(gòu)筑與特性研究

編輯：LogicMoriaty