頂刊動態丨ACS Nano期刊電子材料學術進展匯總（4.21-5.3）
本期導讀：
今天電子電工材料周報組邀您一起來看看ACS Nano期刊電子材料領域最新的研究進展。本期內容預覽：雙層異質結中的晶格錯配主導機械可調熱導率；量子阱結構的壓電光電效應；像素化，多彩量子點發光二極管的多層轉移印刷；石墨烯——可調節各向同性和各向異性的等離子體超穎表面材料；過渡金屬硫化物單層薄片的電場輔助直接組裝；單層MoS2的光化學反應機理解析；高響應、高探測率、超快響應速度的拓撲絕緣體Bi2Se3/Si異質結寬帶光電探測器；從納米電機到微米電機：電機尺寸對其運動的影響。
1. ACS Nano：雙層異質結中的晶格錯配主導機械可調熱導率
石墨烯的-MoS2異質結的分子模型
由2維材料連接組裝成的異質結構可為具有前所未有的功能的新興器件提供一個獨特的平臺。單層二維材料往往沒有異質結構那些特殊的性能，主要是因為這些性能往往是由層與層之間的固有的晶格錯配產生的。
通過采用非平衡態分子動力學模擬，弗吉尼亞大學機械與航天工程系研究者發現，由于晶格錯配，石墨烯——二硫化鉬雙層異質結中的聲子熱傳輸減少，但是當存在外部應力時，這種現象可以緩解。對片層的力學分析表明，外部的張力可以緩解晶格錯配引起的變形。聲子譜也由于外部張力發生了軟化，頻率從高到低發生了巨大的轉變。并且，他們提出了一個普遍的理論，可以定量地預測晶格錯配對各種雙層異質結的熱導率的作用，并且，該理論可以和模擬很好地匹配。
文獻鏈接：Lattice Mismatch Dominant Yet Mechanically Tunable Thermal Conductivity in Bilayer Heterostructures
2. ACS Nano：量子阱結構的壓電光電效應
隨著光電器件性能的提高，壓電光電領域備受關注，并且已經報道了一些基于半經典模型的理論著作。目前，光電子器件的特征尺寸迅速縮小至幾十個納米，這就導致了量子限制效應。
最近，中國科學院北京納米能源與系統研究所等研究人員根據基本的壓電方程，薛定諤方程，泊松方程，和費米黃金定則提出了一個理論模型，用來研究量子力學中微擾理論框架的壓電光電效應。通過對單個GaN/InGaN量子阱和多個GaN/InGaN量子阱光致發光的檢測，很好地證明了該模型的有效性和普遍性。這項研究可以加深我們對納米級壓電光電器件工作原理的理解，以及對未來的設備設計提供指導。
文獻鏈接：Piezo-Phototronic Effect in a Quantum Well Structure
3、ACS Nano：像素化，多彩量子點發光二極管的多層轉移印刷
化學合成的膠體半導體量子點（QDs）由于其獨特的性質可以大量應用于在電子和光電子應用領域。量子點發光二極管作為發光層，其性能快速發展，可以與有機發光二極管的效率相媲美。
Bong Hoon Kim等人通過制備多層堆疊的量子點薄膜（QDs）來調整電荷傳輸層和量子點發光二極管不同顏色發光層之間的能帶排列，從而最大效率地操作全色彩。通過轉移印刷獲得的量子點發光二極管的性能可以和通過自旋鑄造的常規器件相媲美。結果表明，ZnO和TiO2分別作為紅色，綠色/藍色的量子點發光二極管電子傳輸層（ETLS）可以很好得發揮作用。
文獻鏈接：Multilayer Transfer Printing for Pixelated, Multicolor Quantum Dot Light-Emitting Diodes
4、ACS Nano：石墨烯——可調節各向同性和各向異性的等離子體超穎表面材料
周期調整石墨烯超穎表面
超穎表面材料是超材料的一種，與電磁波相互作用時常表現出一些超常特性。相對等離子體常用的貴金屬，石墨烯具有低的載流子濃度，因此，石墨烯等離子體具有相對長的壽命，并且出現頻率較低。此外，處于太赫茲波段的石墨烯的損失比較少，再加上可調節的特性，使石墨烯非常適合在太赫茲波段進行等離子體超穎表面設計。
帝國理工學院物理系布萊克特實驗室的研究人員研究了石墨烯作為等離子體超表面在太赫茲波段控制電磁波。與以往專注于圖案化的石墨烯研究不同，他們采用的是連續的石墨烯薄片的周期性調節摻雜。由于石墨烯獨特的光學性質導致了電調諧等離子體，從而可以讓我們在太赫茲波段的控制電磁能量。
文獻鏈接：Graphene as a Tunable Anisotropic or Isotropic Plasmonic Metasurface
5、ACS Nano: 過渡金屬硫化物單層薄片的電場輔助直接組裝
為了探索過渡金屬硫化物（TMDs）在大規模微納器件方面的應用，科學家制備出TMDs晶體后，需要將TMDs從生長襯底上轉移到其他襯底上。目前的轉移方法分為濕法轉移和干法轉移，兩種方法的區別在于是否在溶液中轉移。在過渡層(例如PMMA)的協助下，濕法轉移可以實現大量的TMDs薄片同時從生長襯底轉移到目標襯底，不足之處在于濕法轉移不能精確控制薄片的位置和方向，極大地限制了該方法的推廣應用。
近日，賓尼法尼亞大學的科學家研究了一種電場輔助精確定位組裝TMDs薄片的方法，在電場輔助調控下，溶液懸浮的單層WS2薄片在襯底上實現可控定位。他們設計了一種光刻限定交叉引導電極結構，可以產生非均勻電場，可控引導三角形納米薄片定位。
文獻鏈接：Electric-Field-Assisted Directed Assembly of Transition Metal Dichalcogenide Monolayer Sheets
6、ACS Nano: 單層MoS2的光化學反應機理解析
? 室溫條件下對二硫化鉬/石英進行激光照射的示意圖
單層MoS2具有強烈的光致發光（PL）特性，在光電器件領域有著潛在的應用價值。由于所有的原子均暴露在環境中，MoS2的光學性質很容易受到環境的影響，因此，研究影響MoS2光學性質的因素是很有必要的。目前，科學家已經知道，晶體缺陷，低溫退火和等離子輻射對MoS2的PL強度有很大影響。但是，MoS2的內在PL影響機理還是不太清楚。
近日，韓國成均館大學的科學家利用激光輻射對不同環境下的單層MoS2的光學性質進行調制研究。單層MoS2的PL強度隨著不同激光輻射時間產生了不同的響應：（1）初期，由于緩慢的光氧化，物理吸附的氣體分子使得PL強度逐漸增加；（2）中期，由于快速的光氧化，化學吸附的氣體分子使得PL強度快速增加；（3）后期，晶體結構發生退化，使得PL強度被抑制。真空環境下的重復實驗進一步驗證了氧化的影響，PL強度被抑制是由于晶體結構受損，而非含氧官能團的影響。這項工作證實了吸附在單層MoS2的含氧官能團是PL增強的主要原因。
7、ACS Nano: 高響應、高探測率、超快響應速度的拓撲絕緣體Bi2Se3/Si異質結寬帶光電探測器
拓撲絕緣體Bi2Se3/Si異質結的表征
拓撲絕緣體作為一種新型的量子態，在新一代電子和光電子器件中具有廣闊的應用前景。這些應用的實現依賴于高質量拓撲絕緣體的制備和以及對性能的理解，但是現在主要的制備方法，如分子束外延，成本很高。
蘇州功能納米與軟物質研究所等的研究人員在硅晶片范德瓦爾斯外延生長獲得Bi2Se3薄膜，成功制備出高質量的拓撲絕緣體Bi2Se3/Si?異質結。薄膜的生長采用的是簡單的，低成本的物理氣相沉積（PVD）方法。并且，Bi2Se3 /Si異質結在光照下具有二極管特性有明顯的響應。Bi2Se3/Si?界面大大促進光生載流子的分離和傳輸，使探測器具有高光響應度、高探測率，和快速的接近微秒的響應速度。此外，該光電探測器還具有從紫外線到光通信波長的寬帶探測范圍。由于簡單的器件結構和硅技術的兼容性，拓撲絕緣體Bi2Se3/Si?異質結可應用于制備高性能的電子和光電器件 。
8、ACS Nano: 可控制疇壁運動的調制磁性納米線：向三維磁記憶邁進
在理論上，圓柱形磁性納米線可以實現高疇壁運動速度以及在高度密集的陣列上進行高效率的制造，從而，它有望應用于制備下一代數據存儲設備。而為了控制疇壁運動，可靠和明確的釘扎點是十分重要的。
阿卜杜拉國王科技大學的研究人員發現，由交替鎳和鈷制備的調制納米線可以高效地把疇壁釘扎在兩者的界面。結合電子全息與微磁模擬，可以通過在界面和疇壁產生的雜散磁場的相互作用來解釋這種釘扎作用。利用改進的差分相位對比成像，研究人員可以看到高分辨率釘扎的疇壁圖像，并且揭示了其三維渦結構，先前預測的布洛赫點就是其中心。這些研究結果表明了調制納米線在高密度，三維數據存儲設備發展上的巨大潛力。
文獻鏈接：Modulated Magnetic Nanowires for Controlling Domain Wall Motion: Toward 3D Magnetic Memories
9、ACS Nano: 過渡金屬硫化物膜的生長機理：自發富勒烯核作用
? 石墨烯的-MoS2異質結的分子模型
由于其獨特的光電性能和制備下一代設備的潛力，自從幾年前第一次觀察到單層MoS2開始，過渡金屬硫化物（TMDs）就引起了人們極大的興趣。它的制備方法也從最開始的機械剝離發展到現在的可以直接大面積地生長出來。化學氣相沉積（CVD）就是應用最廣泛的一種技術，它基于過渡金屬氧化物前驅體的硫化，可獲得質量優異的單層。然而，在沉積過程中發生的成核和生長機制的細節卻鮮為人知。
Jeffrey D. Cain等人研究了成核中心或著說單層TMDS生長的“種子”。他們通過像差校正掃描透射電子顯微鏡分析結構以及MoS2-MoSe2合金CVD生長時出現的核心。研究表明，單層生長在名義上以氧硫化物納米顆粒作為異質形核。氧硫化物納米顆粒通常存在與類似富勒烯的TMD殼中。利用這些信息，他們提出了逐步形核和單層TMDs的生長機制。了解這一機制可為二維材料，異質結和相關的配合物的合成提供精確的控制方式。
10、ACS Nano:石墨烯上摩擦滯后的產生機制
在納米尺度上分析材料的摩擦行為，在加載和卸載后，常會伴隨著摩擦滯后的出現。在卸載過程中，較加載時將會探測到更大的摩擦力。影響摩擦滯后現象的因素可能是溫度、濕度、加載率、材料與聚合物的接觸面等等。對不同的材料，產生摩擦滯后的機制也有待研究。
來自美國加州大學默塞德分校、加拿大卡爾加里大學及韓國成均館大學的研究者們利用原子力顯微鏡探測并分析了石墨烯在經加載及卸載后，產生摩擦力滯后現象的緣由。研究表明，當水與石墨烯接觸時，會產生明顯的摩擦滯后現象，接觸面的尺寸對摩擦滯后的程度會產生很大影響。而對其他狀態，如石墨烯薄膜發生離面位移或水分子處于材料剪切面時，則與摩擦滯后現象不太相關。
文獻鏈接：Load-Dependent Friction Hysteresis on Graphene
11、ACS Nano:從納米電機到微米電機：電機尺寸對其運動的影響
?制備的四種類型微/納米管的SEM圖像
合成的納米和微電機的自主運動是納米科技的前沿。雖然現在已經可以制備不同粒徑的納米和微電機，但它們的尺寸對運動的影響缺乏系統的研究。
新加坡南洋理工大學的研究人員通過發動機模板輔助電沉積合成了不同尺寸的管狀微/納米電機。研究表明，幾何參數和化學環境都可以影響微/納米管的動力。不同大小的微/納米管之間的研究比較表明，幾何參數會影響微/碳納米管的在較低中等燃料濃度下的速度，并在非常高的燃料濃度下限制的它速度。具有納米級孔的納米管需要較高濃度的過氧化氫來激活。較大的管比較小的管可以擁有更高速度。這項研究對管狀微/納米發動機的制造有著重要意義。
本期內容由材料人電子電工材料學習小組靈寸，風之翼，大黑天等人編寫。材料牛編輯整理。
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