电智学院丁利苹副教授在二维半导体领域取得系列重要研究进展

近期，电智学院丁利苹副教授在二维材料及超硬材料领域取得系列成果，相继在国际知名期刊《ACS Nano》(IF: 15.881)、《Nature Communications》(IF: 14.919)、《Journal of Physical Chemistry Letter》(IF: 6.475)、《Nanoscale Horizons》(IF: 10.989)发表4篇高水平论文。

成果1：针对在液态基底上，不同边界的二维晶畴能否通过无缝融合实现晶圆级单晶生长这一至今尚不清楚的科学问题。电智学院丁利苹副教授与韩国蔚山基础科学研究院丁峰教授合作在“ACS Nano 2022, 15, 19387”上发表题为“Mechanism of 2D Materials Seamless-Coalescences on Liquid Substrate”的论文。以六方氮化硼（hBN）在液态金表面的生长为例，系统研究了不同边界的hBN晶畴无缝融合过程。从静态计算到分子动力学模拟，全面探究大尺寸、高质量晶圆级hBN单晶生长的微观机理。丁利苹副教授为论文第一作者，威尼斯官网文理学院邵鹏副教授为论文第二作者。

全文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05810

成果2：丁利苹副教授与北京大学王恩哥院士、刘开辉教授，南方科技大学俞大鹏院士、韩国基础科学研究院丁峰教授等合作，针对目前常规方法中采用升华硫单质制备二维半导体TMDs中存在高密度硫空位的问题，提出了一种表界面硫族单原子供应制备高品质TMDs及其合金的新方法。该方法通过设计局域空间，成功实现低缺陷密度、优异光学和电学特性的单层MX₂（M=Mo、W；X=S、Se、Te）晶圆制备，并首次报道了四元合金MoS_2(1-x-y)Se_2xTe_2y的可控合成。该成果被推荐为“中国半导体十大研究进展候选”(新闻链接https://mp.weixin.qq.com/s/RI5UCUCUgQSigi2vkGW3nQ)。相关研究成果发表于“Nature Communications 13, 1007”杂志上。左勇刚、刘灿、丁利苹、乔瑞喜为论文共同第一作者；北京大学刘开辉、韩国基础科学研究院丁峰、中国科学院物理研究所白雪冬和北京大学博士后刘灿为共同通讯作者。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28628-7

成果3：硼化钇因其超导性和高化学稳定性而备受关注。然而，硼化钇的机械性能和硬度的相关知识还不清楚。基于CALYPSO全局结构搜索技术和第一性原理，对不同化学配比的硼化钇进行了系统研究。结果预测了一种具有R3m六方结构的新型硼钇化合物YB₆，与实验合成的Pm3̅m结构相比，预测的R3m-YB₆更稳定。计算的生成焓、弹性常数和声子谱清晰的表明，R3m-YB₆具有较高的机械稳定性和动力学稳定性。电子态密度和能带结构显示，所有稳定的硼酸钇都具有金属性。基于我们开发的半经验硬度公式，计算R3m-YB₆的维氏硬度为37.0 GPa，表明它是一种潜在的超硬金属。该研究为实验合成超硬硼化钇晶体提供理论依据。该研究成果发表于自然指数期刊“Journal of Physical Chemistry Letter 12, 5423-5429 ”。丁利苹副教授为第一作者，邵鹏副教授为共同通讯作者。

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.1c01300

成果4：前期的实验研究表明，二维黑磷的边界存在悬挂键而易发生重构，然而黑磷的边界重构结构至今未被确定。我们针对二维黑磷的三种边界(AC、ZZ、ZZ1)的重构结构进行了全局搜索。结果发现，这三类原始边界都是处于亚稳态，它们倾向于形成三类重构：(i)形成P=P双键（一个σ键和一个π键）快速自钝化，(ii)重构形成多边形环，使所有P原子与三个sp³键结合，或(iii)形成特殊的P(2)-P(4)构型。与原始边界不同，所有这些高度稳定的重构边界都是半导体的。这项研究表明，就像三维晶体的表面一样，在基础研究和实际应用中必须考虑二维材料边界重构。该研究成果以“Self-passivation leads to semiconducting edges of black phosphorene”为题发表于“Nanoscale Horizons, 6, 148”。丁利苹副教授为第一作者，韩国蔚山基础科学研究院丁峰教授为通讯作者。

全文链接：https://doi.org/10.1039/d0nh00506a

（核稿：孙连山 编辑：郭姗姗）