半導體所發現一種新的二維半導體材料——ReS2

　　最近，中國科學院半導體研究所超晶格國家重點實驗室由中美聯合培養的博士后Sefaattin Tongay等人在吳軍橋教授、李京波研究員、李樹深院士的團隊中，在二維ReS2 材料基礎研究中取得新進展，發現ReS2 是一種新的二維半導體材料。相關成果發表在2014年2月6日的《自然-通訊》上，即Nature Communication, 2014,5, Article number:3252, doi:10.1038/ncomms4252。該論文以半導體所超晶格國家重點實驗室為第一單位。

　　近年來，二維半導體材料因擁有新穎的物理性質而成為納米科學的研究熱點，除石墨烯以外，過渡金屬硫屬化合物(比如MoS2等二維材料)也受到了廣泛的關注。這類材料由厚度僅為數個原子的二維單層堆積而成，層與層之間為范德瓦耳斯作用。在人們的傳統觀念中，當這類層狀材料的層數逐漸減少直至單層的過程中，其電子結構和物理性質往往發生很大的改變，比如帶隙寬度顯著增大，間接帶隙向直接帶隙轉變，以及晶格振動能的改變等等。該項研究發現在ReS2中，單層和多層或者體材料的物理性質幾乎完全一樣，體材料的ReS2就像由無耦合的ReS2單層堆積而成，從而改變了人們對二維材料的傳統認識。研究表明，從體材料到單層，ReS2始終保持直接帶隙，帶隙值的變化非常小，并且拉曼譜也不會隨層數的改變而變化。靜壓實驗發現ReS2的光吸收譜和拉曼譜對于層間距的變化也不敏感，進一步證實了ReS2的層間退耦合。密度泛函計算顯示，單層的ReS2為1T相，并且會產生佩爾斯畸變。這一畸變將會阻止ReS2的有序堆積，并將層間電子波函數的交疊最小化，從而導致層間退耦合。ReS2體材料的這種特性將使得它成為研究二維材料新奇物理性質(如二維激子效應)的一個優良的平臺，而無需制備高質量的單層材料。這些成果將對二維材料的實驗研究產生重要影響。這一發現豐富了人們對二維材料的認識。

　　該工作得到了國家杰出青年基金和科技部“973”項目的支持。