實驗證實！二維紫磷晶體具有各向異性的高遷移率

　　近日，國家納米科學中心研究員劉新風、副研究員岳帥與北京化工大學副教授王聰組成的聯合攻關團隊在《納米快報》(Nano Letters)上發表研究成果，他們宣布證實了一種同時具備高載流子遷移率與顯著各向異性的新型二維半導體材料。

　　21年前，石墨烯的發現掀起了二維材料研究的新浪潮。其中，二維磷烯憑借獨特的性能優勢脫穎而出，點燃了科研界對磷基二維材料的關注。據研究人員介紹，與石墨烯不同，磷烯天然具備帶隙結構，這一特性彌補了石墨烯因無帶隙而在電子開關器件應用中的天然缺陷；同時，它還擁有高載流子遷移率的突出優勢，為高性能電子器件、光電器件等領域的研發提供了潛在可能。

　　劉新風介紹，紫磷作為黑磷的另一種層狀的同素異形體，具有更高的穩定性以及顯著的面內各向異性，塊體帶隙超過1.7 eV，且帶隙隨厚度可調，理論預測其具有極高的雙極性載流子遷移率(a軸~2800 cm2/(V?s)，b軸~390 cm2/(V?s))。然而，紫磷的各向異性的高載流子遷移率傳輸特性尚未通過實驗驗證。

　　在《納米快報》新發表的成果中，聯合研究攻關團隊利用一種無損、簡潔，且不受樣品大小和均勻性影響的光學手段（偏振瞬態吸收顯微技術），測量了黑磷的同素異形體——紫磷單晶的各向異性遷移率特性，揭示了二維紫磷單晶的各向異性傳輸行為，闡明了紫磷中各向異性載流子傳輸的本征機制，驗證了紫磷單晶沿a軸的雙極遷移率可達到約2100 cm2/(V?s)，b軸遷移率約380 cm2/(V?s)，a軸和b軸的載流子擴散的各向異性比可達5.5:1，與理論值相符。研究人員表示，這些發現凸顯了紫磷獨特的高各向異性和高載流子遷移率的特性。

　　劉新風告訴記者，二維紫磷單晶被證實的這兩大特性，結合其寬光譜響應特點，使其在復雜環境目標識別、高分辨率偏振敏感成像、突觸器件等后摩爾時代集成電路中展現出極高的應用潛力。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c03034