近日，在纳米材料类顶级期刊Nano Letters发表了题为“Two Dimensional MOene: from Superconductors to Direct Semiconductors and Weyl Fermions”的重要研究成果。我院先进信息材料与集成器件团队在湖联合培养博士研究生燕罗为论文第一作者，我院周柳江教授为论文通讯作者，电子科技大学长三角研究院（湖州）为论文第二通讯单位。
MOene结构及其物性
研究背景
传统MXene材料为二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物。由于MXene材料具有优异的机械、电子性质，且呈现丰富的化学组分及表面功能化调控空间，受到人们的广泛关注。但是，传统MXene材料中具有直接带隙的半导体数量十分稀少，限制了它们在光电领域的应用，因此迫切需要扩展传统MXene家族，以满足下一代微纳光电芯片与器件的性能要求。
研究内容
通过将高通量筛选与第一性原理计算相结合，设计了两种二维过渡金属氧化物MOene材料，即2H-和1T-Ti2O单层。它们具有高的动力学和机械稳定性，且Bardeen–Cooper–Schrieffer理论证明是二维超导体。通过进一步的表面卤化调控，2H-和1T-Ti2OX2(X=F, Cl和Br)表现为半导体特征，其中Ti2OF2和Ti2OCl2为直接半导体，它们的带隙值在0.58－1.18 eV。基于多体理论，通过考虑激子效应，表现它们在红外和可见光波段具有优异的光吸收能力，可用于光电探测与太阳能电池等领域。除此之外，应力工程对受对称性保护的单层2H-Ti2OF2和Ti2OCl2可诱导量子相变，在较小应力下可得到二维pseudospin-1费米子和Weyl费米子。在此基础上，通过非绝热分子动力学模拟，发现2H-和1T-Ti2OF2的载流子有效寿命可分别达到0.39和2.8纳秒，比肩主流的二维半导体材料。这项研究工作扩展了类MXene材料中的新兴量子物理现象，为下一代光电材料与器件研究提供新的候选材料。
作者简介
燕罗，电子科技大学2020级博士研究生，主要研究方向为前过渡金属二维材料的结构设计及其物性研究，包括锂电、超导和光学等领域。攻读博士期间已在npj Comput. Mater., J. Phys. Chem. Lett., Nanoscale, Appl. Phys. Lett., Nano Lett.发表SCI一作论文5篇，在Adv. Mater., Nano Energy, Phys. Rev. B等期刊发表多篇合作论文。
先进信息材料与集成器件团队介绍
先进信息材料与集成器件团队现有教授/研究员5人，副教授/副研究员2人，助理研究员1人。其中国家级人才计划入选者4名，省部级人才计划入选者2名。该团队致力于金属及过渡金属碳、氧、氮化物等低维纳米材料和多元单晶材料的合成研究，并探索其丰富的电、磁、光、热效应在信息技术领域和能源领域的应用。近年来在毫米波太赫兹宽带电磁屏蔽/吸波/调控材料，非线性光学和太赫兹晶体材料，能源材料和碳中和技术方面已取得多项重大突破性成果。近5年，团队发表SCI论文100余篇，包括Science（1 篇）、Nat. Energy、Nat. Chem.、Nat. Catal.、Nat. Nano.等大子刊6篇，其中ESI高被引论文26篇；获得国防技术发明一等奖1项、教育部自然科学二等奖1项、其余省部级奖6项。该团队在研究院的支持下，将专注原创性科学问题的探索以及自主知识产权成果的产业转化，力争为我国毫米波太赫兹信息材料与器件技术、能源和碳中和技术的发展做出贡献。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c01914
文稿来源：先进信息材料与集成器件团队、彭正 / 编辑：李卓然 / 审核：李卓然 / 发布者：李卓然
