頂刊動態丨Nature Materials/Advanced Materials/Nano Letters等期刊電子材料學術進展匯總（電子周報160705期）

本期導讀：
今天電子電工材料周報組邀您一起來看看Nature Materials/Nature Communications/Advanced Materials/Nano Letters/ACS Nano等期刊電子材料領域最新的研究進展。本期內容預覽：石墨烯/ EUS異質結界面強交換場；垂直導電MoS2螺旋塔；二維α-Mo2C的超導晶體獨特的域結構；使用電子紡織品制造可穿戴式發電機；基于高介電常數材料的電致發光顯示器；電控光學超材料；具有高增益的黑磷中紅外探測器；高效可見準二維鈣鈦礦型發光二極管。

1、Nature Materials：石墨烯/ EUS異質結界面強交換場

圖1 石墨烯/EuS異質結構的合成和表征

磁性多層膜中的磁交換場（MEF）可以達到幾十甚至幾百特斯拉。單原子層（二維）的材料，如石墨烯、單層WS2等，在具有短程磁交換耦合的磁性絕緣體的異質結中將會遭受到強大的磁交換場（MEF）。二維材料/磁絕緣體異質結構使得磁性柵極對局域自旋進行調制成為可能，并實現了自旋電子器件中的有效自旋產生。

麻省理工學院的Peng Wei（通訊作者）和IBM Thomas J. Watson研究中心的Ching-Tzu Chen（通訊作者）采用石墨烯作為一個典型的二維系統，發現該模型的耦合磁絕緣體（EuS）產生強烈的磁交換場（MEF）（> 14T），甚至有可能達到幾百特斯拉。此外，狄拉克電子從強烈的MEF中形成的新鐵磁基態可能發生自旋極化邊緣傳輸的量子化。該石墨烯/EuS器件中的MEF效應為未來的未來的自旋邏輯和存儲器件提供了關鍵功能。

文獻鏈接：Strong interfacial exchange field in the graphene/EuS heterostructure（Nature Materials，2016，DOI: 10.1038/NMAT4603）

2、Advanced Materials：垂直導電MoS2螺旋塔

圖2 位錯驅動CVD生長的MoS2螺旋塔

作為一種通用的材料生長方法，位錯驅動晶須、納米線、納米管或納米片進行生長是十分著名的。同時，在半導體薄膜中普遍存在的螺位錯，對橫向電子輸運會產生散射，但并不影響垂直方向的電子輸運。

韓國成均館大學的Jiong Zhao（通訊作者）和Young Hee Lee（通訊作者）制備了高度各向異性范德瓦爾斯（vdW）層狀二硫化鉬材料，通過位錯驅動生長的螺旋金字塔相對于平常的MoS2晶體片具有更強的垂直電導率。透射電子顯微鏡（TEM）衍射襯度圖像顯示了特有的菱形堆疊順序、混合邊緣和螺旋位錯的螺旋特性以及埋藏的臺階。該研究表明，范德華層狀材料螺旋結構確實可以通過螺旋位錯輸運螺旋電流，有希望用于未來的應用上，如超小的高效電感。

文獻鏈接：Vertically Conductive MoS2 Spiral Pyramid（Advanced Materials，2016，DOI: 10.1002/adma.201602328）

3、Nano Letters：二維α-Mo2C的超導晶體獨特的域結構

圖3 在具有六邊形旋轉對稱性的2Dα-Mo2C晶體域

二維材料，如石墨烯、單層六方氮化硼和過渡金屬硫化物已經吸引了越來越多的關注。化學氣相沉積（化學氣相沉積）被廣泛用于生長大面積高質量的二維材料，這些二維材料在電子和光電子領域有廣闊的應用前景。然而，最近的研究表明，CVD生長大面積的二維材料是由許多域組成，域邊界對如載流子遷移率、電導率、機械強度、導熱系數、和光致發光等方面的性能有著顯著的影響。

中國科學院金屬研究所的Xiu-Liang Ma（通訊作者）和Wencai Ren（通訊作者）利用原子分辨率的掃描透射電子顯微鏡結合大型衍射過濾成像來研究化學氣相沉積高質量2Dα- Mo2C超導晶體的微結構，包括三角形、矩形、六角形、八角形、九邊形和十二邊形。其研究結果提供了對于二維過渡金屬碳化物的微觀結構以及二維超導電性的域邊界內在影響的新理解。

文獻鏈接：Unique Domain Structure of Two-Dimensional α?Mo2C Superconducting Crystals（Nano Letters，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01265）

4、ACS Nano：使用電子紡織品制造可穿戴式發電機

圖4 a）為發電機的光學顯微圖，b）為局部放大圖，c）為發電機示意圖

可穿戴電子設備以其靈活性和可穿戴性引起了科學界和商業界的極大興趣。可是，當電子設備與可穿戴系統相融合之后，可靠的、綠色的能源供給就成了首要問題。在全球能源危機的背景下，可穿戴的自供給能源就成為了解決這一問題的主要方法。

近日，韓國漢陽大學的研究人員Tae Whan Kim（通訊作者）和福州大學的Fushan Li（通訊作者）設計了一種可穿戴的發電機。紡織物/銀/石墨烯core?shell結構增加了電子織物的導電性，促進了發電的電子織物與人們的衣服的兼容性。其制備工藝使得智能電子織物的合成過程中對環境污染很小。合成的智能纖維具有極好的導電性、伸縮性、可折疊性、柔性以及透明性。基于該電子織物制成的摩擦發電機可以將低頻摩擦轉換為一定的電能輸出。

文獻鏈接：Wearable Electricity Generators Fabricated Utilizing Transparent Electronic Textiles Based on Polyester/Ag Nanowires/Graphene Core–Shell Nanocomposites（ACS Nano，2016，DOI:?10.1021/acsnano.5b08137）

5、Advanced Materials：基于高介電常數材料的電致發光顯示器

圖5 a）頻率相關介電常數，b）EL-PDMS與EL-BaTiO3-PDMS亮度的不同，c）亮度與電壓的關系，d）ACEL顯示器元件在應變下的顯示照片，e）相對發射強度、相對發射總量以及相對面積與應變的函數關系，f）20%-50%應變下的相對發射強度，g）ACEL顯示器雙向拉伸至50%下的圖像

結合電子與光電耦合功能顯示器的柔軟和可伸展性是一個極具挑戰的問題。顯示器可伸縮并且彎曲以及反復折疊，這樣的顯示器才可以用在可穿戴設備上。而現行的大多數顯示器不能夠變形以適應變形設施。

瑞士蘇黎世聯邦理工大學的Klas Tybrandt（通訊作者）經過研究，在EL材料中加入高介電粒子使得ACEL顯示器的伸縮亮度提高了700%。該顯示器可在室內照明條件下使用，其可以卷起來也可以放在曲面上以及放置在一支筆大小的空間中。

文獻鏈接：Bright Stretchable Alternating Current Electroluminescent Displays Based on High Permittivity Composites（Advanced Materials，2016，DOI:?10.1002/adma.201602083）

6、Nature Communications：電控光學超材料

圖6 一種超材料LED

15年前出現的超材料為操縱電磁波提供了一些非凡的新方法。然而，在這一領域的進展出現了一些困難，特別是當應用于人工媒質時。比如說光學超材料，在較低的頻率下，相比其他材料，不能與其他功能很好地兼容。要把它應用于器件，一個很大的障礙就是：光學材料的由光而不是電來控制，從而不能被集成在大型電子系統中。

法國巴黎十一大和巴黎-薩克雷大學的Aloyse Degiron（通訊作者）等人通過雜交金屬納米包裹體與膠體量子點獲得電致發光超材料。實驗表明，這種材料的每一個微型塊都可以單獨調整，從而表現出獨立的光電性能（包括電學性能，偏振，顏色和亮度等等）。此外，他們還通過編織復雜的發光表面表現了這種材料的性能，其將有助于顯示器和傳感器的發展。

文獻鏈接：Electrically driven optical metamaterials（Nature Communications，2016，DOI:10.1038/ncomms12017）

7、Nano Letters：具有高增益的黑磷中紅外探測器

圖7 采用四電極的黑磷場效應晶體管

最近，由于其合適的帶隙，高載流子遷移率，與不同的基板的良好相容性，黑磷（BP）已經成為二維材料家族作為光子應用一個有前途的候選者。黑磷光子器件作為光電探測器已經研究了很多，但是，與其他層狀材料相比，其在中紅外波長范圍內獨特的潛力尚未報道。

耶魯大學的Fengnian Xia（通訊作者）等人通過實驗表明BP中紅外探測器在3.39μm具有高增益，可產生82 A / W的外部響應。噪聲測量顯示BP探測器能夠在皮瓦范圍檢測中紅外光源外部響應。此外，因為BP合適的帶隙產生快速的載流子遷移，其在千赫的調制頻率下仍然具有高響應。由于在中紅外波段的高響應和大的動態帶寬，再加上低晶體對稱性引起的獨特偏振響應，這種黑磷探測器可以應用于光子器件，如芯片尺度的中紅外感應以及低光照水平下的成像。

文獻鏈接：Black Phosphorus Mid-Infrared Photodetectors with High Gain（Nano Letters，2016，DOI:?10.1021/acs.nanolett.6b01977）

8、Advanced Materials：高效可見準二維鈣鈦礦型發光二極管

圖8 高效準2D結構鈣鈦礦型發光二極管

有機/無機混合鈣鈦礦（以下稱為鈣鈦礦）是用于發光二極管（LED）具有諸多優點的發光材料。有機/無機混合鈣鈦礦型發光二極管（PeLEDs）由于其窄的光譜寬度（半峰全寬（FWHM）≈20 nm）可提供寬闊的色彩范圍。鈣鈦礦可以利用低成本材料進行溶液加工制得，它們的發光顏色可以很容易的通過改變鹵化物的成分進行調整。

韓國浦項科技大學的Tae-Woo Lee（通訊作者）研究如何提高鈣鈦礦薄膜的發光性能以及采用準二維結構的PeLEDs效率。該研究小組通過混合PEA溴化鉛（（C6H5C2H4NH3）2PbBr4，（PEA）2PbBr4）與MAPbBr3來制備準二維鈣鈦礦，這反過來又引出了以簡單裝置高效率溶液制備綠色PeLEDs的方法。研究結果表明可見光發射準二維鈣鈦礦材料，而不是純粹的3D和2D鈣鈦礦材料，是具有前途的方向，可以實現高效率的可見PeLEDs。

文獻鏈接：Efficient Visible Quasi-2D Perovskite Light-Emitting Diodes（Advanced Materials，2016，DOI: 10.1002/adma.201601369）

本期內容由材料人電子電工材料學習小組天行健、樹苗、風之翼供稿，材料牛編輯整理。

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