作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 二硫化钼的化学气相沉积生长
(一)两个化学气相沉积生长过程的示意图，显示层状二硫化钼是通过在非层状2D二硫化钼的生长过程中简单地添加硅而形成的
通过化学气相沉积法生长30分钟、2小时和3小时的二硫化钼的光学图像
5小时，示出了单层MoSi2N4膜的形成过程(示意性示于顶部)
样品被转移到二氧化硅/硅衬底上
化学气相沉积法生长的15毫米× 15毫米二氧化硅薄膜转移到二氧化硅/硅衬底上的照片
(四)典型的二硫化钼薄膜原子力显微镜图像，厚度约为1
17 nm
(五)厚的二硫化钼2N4畴的截面HAADF-STEM图像，显示夹层间距约为1的层状结构
07 nm
学分:科学进步，doi: 10
1126/科学
abb7023 在一份发表在《科学》杂志上的新报告中，洪一伦和一组研究科学家在中国和美国研究材料科学、工程和先进技术
K
研究二维(二维)材料以发现新现象和异常性质
该团队在基于化学气相沉积的氮化钼生长过程中引入元素硅，以钝化其表面，并与硅(如二硫化钼)一起开发厘米级单层氮化物薄膜
他们按照氮-硅-氮-钼-氮-硅-氮(氮-硅-氮-钼-氮-硅-氮)的顺序构建了具有七个原子层的单层膜，并且所得材料在环境条件下显示出半导体行为和优异的稳定性
利用密度泛函理论(DFT)计算，科学家们预测了一大类这种单层结构的二维材料将作为半导体、金属和磁性半金属等有用的应用而存在
二维材料 二维材料具有吸引人的特性，适合各种技术应用
其中，过渡金属碳化物和氮化物(过渡金属碳化物和过渡金属氮化物)可以形成一大类非层状材料，以结合陶瓷和金属的特性
最大相，其中M代表早期过渡金属，A是A族元素，如铝或硅，X是碳、氮或两者，形成单层MXenes的基础
这种单层膜可以通过蚀刻α-元素层来选择性地合成
这些材料具有亲水性(亲水性)表面和高导电性，在储能、传感器和催化等领域具有广阔的应用前景
科学家们最近开发了一种化学气相沉积法来生长高质量、非层状的二维三甲基溴化铵和具有不同结构的TMN晶体
但是表面能的限制导致了非层状材料成长为岛状而不是层状
在这项工作中，洪等人
因此使用化学气相沉积法生长了二维氮化钼和二硫化钼化合物
以较高的氨(NH3)气体进料速率合成的厚MoSi2N4畴
(一)原子力显微镜(AFM)图像的一个不均匀的厚二硫化钼N4领域，显示步骤与统一的高度约1
1 nm
(二)单层表面上生长的厚二硫化钼畴的光学图像
学分:科学进步，doi: 10
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abb7023 开发和表征新形成的二维材料 在实验过程中，科学家们使用铜/钼(铜/钼)双层作为基底，氨(NH3)气体作为氮源
当他们将元素硅引入实验装置时，衬底的生长发生了显著变化，形成了均匀的多晶薄膜
该团队使用原子力显微镜(AFM)确定了材料表面的厚度，并注意到表面生长过程是稳健的
通常，向生长的二维材料中添加元素只能引起掺杂，而不会改变基体的晶体结构
但是在这种情况下，添加硅导致了新的单层化合物，而不是简单地掺杂衬底
洪等
使用先进的透射电子显微镜鉴定新形成的二维材料的晶体结构，并使用能量色散X射线光谱、电子能量损失光谱和X射线光电子光谱测试其表面元素
MA2Z4系列的密度泛函理论预测
用PBE计算(A)单层WSi2N4、(B) MoSi2As4和(C) VSi2N4的电子能带结构
在(C)中，蓝色和红色曲线分别对应于铁磁性有序结构的电子能带结构的自旋向上和自旋向下通道
学分:科学进步，doi: 10
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abb7023 确认MoSi2N4配方，突出材料性能
由于很难用透射电子显微镜成像氮原子的准确位置，研究小组对该化合物进行了密度泛函理论计算，以揭示其结构式
这一过程证实了范德瓦尔斯(vdW)层状二维材料的存在，其中含有二硫化钼公式
然后使用分子动力学计算，他们观察到该结构在动力学和热力学上是稳定的——而拉曼光谱显示了高质量的二硫化钼结构
再次使用密度泛函理论计算，洪等人注意到MoSi2N4单层维持半导体性质(光学和电学性质)，同时载流子迁移率依赖于材料的弹性模量
二硫化钼的结构表征
单层二硫化钼的平面大角度环形暗场扫描透射电子显微镜图像
插图是沿着红色点划线的强度分布，表明亮点是钼原子，不太亮的点是硅原子
图像强度与Z1成比例
7(其中Z是原子序数)
(二)多层钼i2N4的截面高倍HAADF-STEM图像，显示层状结构和每层中的钼和硅原子
根据计算的结构标记氮原子
多层钼碘核4的截面HAADF-STEM图像，相应的钼和硅元素的高分辨率能谱映射，以及钼和硅元素的混合能谱映射
多层钼碘层4的横截面HAADF-STEM图像，清楚地显示了钼层，以及相应的硅(氢)和氮(碘)元素的高分辨率电子能谱图
(G)中的彩色线条表示不同元素的位置(蓝色，Mo；绿色，Si；红色，N)
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abb7023 为了研究单层MoSi2N4薄膜的光学性质，胡等
将其转移到蓝宝石衬底上并测量其带隙，其中半导体单层保持了与石墨烯相当的高透光率
为了测试材料的电输运性质，洪等
制作背栅场效应晶体管器件以观察典型的半导体行为
然后，科学家们使用纳米压痕技术测量单层膜的机械性能，以突出膜的弹性行为
与其他材料相比，新形成的材料在没有保护性环境的环境条件下表现出对处理、储存和加工的长期稳定性
二硫化钼的原子结构、能带结构以及光学、电学和机械性能
(一)三层二硫化钼的原子模型(左)和单层的详细截面(中心)和面内(右)晶体结构
(二)单层MoSi2N4的电子能带结构，分别用PBE(蓝线)和HSE(红线)计算
绿色箭头表示在K点的两个直接激子跃迁，能量分裂源于VB自旋轨道耦合
单层二硫化钼薄膜在可见光范围内的光吸收光谱
插图显示在500到600纳米处的峰可以被分成两个子峰
21电子伏)和硼(527纳米，2
35 eV)，对应于(B)中的两个直接激子跃迁
单层二硫化钼薄膜的陶氏图
插图显示了可见光范围内的透光率
在77 K下测量的线性标度(左轴，下曲线)和对数标度(右轴，上曲线)中单层硅氧烷2N4场效应晶体管的转移特性
通道长度，30毫米
插图:290纳米二氧化硅衬底上基于二氧化硅氮氧化物的场效应晶体管的三维示意图
(6)原子力显微镜纳米压痕中单晶二硫化钼单层的典型力-位移曲线
黑线、蓝线和红线分别是加载曲线、卸载曲线和拟合曲线
插图:压痕试验前悬浮的二硫化钼单层的原子力显微镜图像；沿着黄色虚线的高度轮廓(红线)显示了孔中约23 nm的压痕
单层二硫化钼的杨氏模量和断裂强度与文献报道的单层石墨烯、二硫化钼和三硫化钼的比较
所有强度值都是根据线弹性模型导出的
还包括用密度泛函理论计算的单层MoSi2N4(开星)的模量和强度，以及我们测量的单层石墨烯的模量和强度(开平方)
学分:科学进步，doi: 10
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abb7023 创建一个广泛的二维范德瓦尔斯(vdW)层状材料类别 洪等
基于额外的密度泛函理论计算，展示了不同的过渡金属元素如何潜在地取代二硫化钼中相应的元素，从而产生具有相似晶体结构的一大类二维范德华层状材料
在这种情况下，他们用通式MA2Z4表示材料，其中M表示早期过渡金属，A是硅或锗，Z代表氮、磷或砷
MA2Z4中的元素多样性允许它们的带隙和磁性的宽可调性，应用于光电子学、电子学和自旋电子学
使用这种材料，科学家将能够研究分层材料中迄今未知的令人兴奋的特性和应用
这样，这里描述的化学气相沉积方法将为合成二维和单层形式的各种材料铺平道路
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