上海微系統(tǒng)所發(fā)現(xiàn)新型二維半導(dǎo)體量子材料

　　中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所信息功能材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室丁古巧課題組獨(dú)立發(fā)現(xiàn)新型碳基二維半導(dǎo)體材料C3N，相關(guān)研究論文C3N-a 2-Dimensional crystalline, hole-free, tunable-narrow-bandgap semiconductor with ferromagnetic properties 于2月28日在國際學(xué)術(shù)刊物《先進(jìn)材料》在線發(fā)表（Siwei Yang, et al, Adv. Mater., 2017, DOI:1010.1002/adma.201605625）。

　　課題組博士研究生楊思維等使用2,3-二氨基吩嗪小分子水熱合成方法成功實(shí)現(xiàn)了該單層二維新材料的制備。該材料為一種由碳和氮原子構(gòu)成的類似石墨烯的蜂窩狀無孔有序結(jié)構(gòu)，是一種新型間接帶隙半導(dǎo)體，本征帶隙為0.39 eV，帶隙可以通過納米尺寸效應(yīng)進(jìn)行調(diào)控，理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致?；趩螌覥3N薄膜的FET器件開關(guān)比可以高達(dá)5.5×1010，載流子遷移率可達(dá)220 cm2V-1s-1。通過調(diào)控C3N量子點(diǎn)的尺寸，可以實(shí)現(xiàn)約400-900 nm的光致發(fā)光。值得注意的是該材料可以通過氫化實(shí)現(xiàn)空穴注入，并在96 K溫度以下產(chǎn)生鐵磁長程序。帶隙的存在彌補(bǔ)了石墨烯沒有本證帶隙的缺憾，氫化載流子注入為調(diào)控該材料的電學(xué)特性提供了新的手段，鐵磁性預(yù)示該材料體系具有豐富的物理內(nèi)涵。該項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為碳基二維材料家族增添了新成員，為探索基于該二維新材料的新物理和新器件奠定了基礎(chǔ)。

　　這項(xiàng)研究始于2013年。2014年1月，實(shí)驗(yàn)室成功制備了該新材料，并完成相關(guān)的理論分析和材料基本特性的表征。投稿過程中經(jīng)過反復(fù)討論，多次補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及論文修改完善，最終被《先進(jìn)材料》雜志接收發(fā)表。

　　該項(xiàng)研究得到了科技部02重大專項(xiàng)“晶園級石墨烯電子材料和器件研究”（2011ZX02707）等項(xiàng)目的支持。研究合作單位包括蘇州大學(xué)、浙江大學(xué)、上海科技大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)和以色列理工學(xué)院。

上海微系統(tǒng)所發(fā)現(xiàn)新型二維半導(dǎo)體量子材料C3N