单层半导体性γ相第四主族单硫化合物中的拓扑缺陷及其诱导的金属性

作     者：曾圣锋 邹小龙 Shengfeng Zeng;Xiaolong Zou

作者机构：Shenzhen Geim Graphene CenterTsinghua-Berkeley Shenzhen Institute and Tsinghua Shenzhen International Graduate SchoolTsinghua UniversityShenzhen 518055China 

出 版 物：《Science China Materials》 (中国科学（材料科学（英文版）)

年 卷 期：2023年第66卷第3期

页      面：1132-1139页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China(11974197 and 51920105002) Guangdong Innovative and Entrepreneurial Research Team Program(2017ZT07C341) the Bureau of Industry and Information Technology of Shenzhen for the 2017 Graphene Manufacturing Innovation Center Project(201901171523). 

主　　题：拓扑缺陷 扫描隧道显微镜 硫化合物 金属性 半导体特性 半导体性 化学气相沉积法 晶界结构 

摘      要：相第四主族单硫化合物(γ-MX)是理论预测出的一种全新的具有半导体特性的稳定结构.最近,人们通过化学气相沉积法成功合成了相关材料,但样品却表现出金属性.生长过程引入的拓扑缺陷无处不在,可能会对材料电子行为带来重要影响.但是,关于这些拓扑缺陷的结构和性质的研究仍未开展.以γ相GeSe为例,我们通过第一性原理计算系统研究了其位错核和晶界的结构、热力学和电子性质.结果发现,不同的原子排布方式可以形成多样的衍生位错核.基于最低能量的位错核,我们研究了晶界结构随着倾斜角的变化,并特别构建了全部可能的60°孪生晶界,发现它们具有独特的六边形结构或Ge–Ge键.进一步地,针对能量最低的21.8°和60°晶界的电子结构分析发现,大多数晶界体态和缺陷态之间具有共振作用,这使得体系表现出金属性质;而某些结构则仍表现半导体性,但带隙显著减小.这些电子性质在其他γ-MX中也普遍存在.不同晶界的扫描隧道显微镜图像展现出特征性图案,可以作为表征它们的手段.我们的结果表明,应对γ-MX中具有多样性质的拓扑缺陷进行有目的的设计以促进其潜在应用.