自2004年Andre Geim發(fā)現(xiàn)石墨烯以來,二維材料家族得到了極大的擴充。這些原子級厚度的二維材料,展現(xiàn)出和塊體材料不一樣的新奇性質(zhì)。除了最早發(fā)現(xiàn)的具有高遷移率的半金屬石墨烯外,還發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體性的例如以單層二硫化鉬為代表的二維硫?qū)龠^渡金屬化合物,絕緣體性的例如單層六方氮化硼,以及具有鐵磁性的例如二維三碘化鉻和具有超導(dǎo)性的二維鋇鍶鈣銅氧化物,不一而足。另一方面由于二維材料層與層之間靠弱范德華作用力相互結(jié)合,因此二維材料的堆疊結(jié)構(gòu),例如層數(shù),轉(zhuǎn)角等可較容易地被調(diào)制,最終改變其性能甚至產(chǎn)生新的性質(zhì)。將不同的二維材料組合在一起形成異質(zhì)結(jié)并且調(diào)控其堆疊結(jié)構(gòu)提供了搭建各種異質(zhì)結(jié)的方法,也意味著其難以想象的豐富性質(zhì)。這些二維材料及其異質(zhì)結(jié),有的具有極好的電學(xué),力學(xué)和光學(xué)性能,在特定使用條件下優(yōu)于目前任何一種材料,具有極高的應(yīng)用前景;有的具有極特殊的物理性質(zhì),可為基礎(chǔ)物理學(xué)研究提供一個良好的平臺。對于二維材料的表征,以原子力顯微鏡為代表的掃描探針技術(shù),得益于其原子級分辨率,對探測二維材料各類性質(zhì)具有天然的優(yōu)勢。高分辨的原子力顯微鏡不僅能精確獲得二維材料的表面形貌,得到樣品厚度,粗糙度方面的信息,還... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

（a）幾種典型的二維材料(1)

二維材料和三維材料。零維材料的代表是量子點以及富勒烯，而納米線碳納米管是典型的一維材料，我們?nèi)粘Ｋ佑|的大部分材料都是三維材料。以看出，零維材料是材料尺度在三維坐標(biāo)下三個維度方向都受限，一維材料材料尺度在兩個維度下受限，而三維材料不受限。由量子力學(xué)知識我們知道由于尺寸效應(yīng)，當(dāng)材料某一維度尺寸被壓縮時，電子在其中的運動必然受限這會導(dǎo)致能帶發(fā)生變化，甚至發(fā)生能級分立。這樣的變化產(chǎn)生了納米材料諸不同于其塊體的新奇性質(zhì)，例如金屬到絕緣體轉(zhuǎn)變，量子點發(fā)光等等。同理如果一種材料尺度只在一個維度上受限，那么其應(yīng)被稱為二維材料，也應(yīng)該于尺寸效應(yīng)產(chǎn)生諸多新奇的性質(zhì)。但在 Geim 發(fā)現(xiàn)石墨烯時之前，二維材料認為是熱力學(xué)上不穩(wěn)定的。二維材料概念也是 Geim 發(fā)現(xiàn)石墨烯時提出，目我們認為當(dāng)一種材料僅具有一個或者幾個原子層厚度，同時其厚度相較其他個維度尺寸可忽略不計，電子在其中運動受到限制僅可做二維運動的材料可之為二維材料(4)。

4圖 1.3：轉(zhuǎn)角調(diào)控二維材料的性質(zhì)。（a）雙層石墨烯摩爾超晶格器件(8)。（b）“魔角”狀態(tài)下雙層石墨烯的超導(dǎo)特性(10)。（c）轉(zhuǎn)角對雙層二硫化鉬的能帶調(diào)控(13)。弱層間相互作用還賦予了二維材料一個更加吸引人的性質(zhì)，通過組合原子層厚不同種類的二維材料，我們可以按照我們的意愿“搭建”二維材料異質(zhì)結(jié)，從而獲得難以想象的新奇性質(zhì)。每一種二維材料都是一個原子層厚的“樂


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