頂刊動態丨AM/Nano Lett.等期刊電子材料前沿最新科研成果精選【第23期】

本期精選預覽：Adv. Mater. 利用SnO和二維MoS2形成范德瓦爾斯p-n結；Adv. Mater. 具有機械適應性的柔性熱傳感器；Adv. Funct. Mater. 黏土-石墨烯復合的功能導電材料；ACS Nano 利用六方氮化硼封裝過渡金屬二硫化物防止其光降解；Adv. Funct. Mater. 三維自組裝異構納米粒子網絡得到可調的頻帶選擇性紫外光電探測器；Nano Lett. 90°扭曲雙層黑磷的柵極切換運輸和光學各向異性；Adv. Mater. 具有延展性的有機半導體器件的進度報告；Adv. Funct. Mater. 臨界點：關于增強鐵電體的壓電和電熱效應的概念；JACS 非平面中性半導體；Adv. Mater. 基于各向異性磁電阻效應的高靈敏柔性磁(AMR)傳感器；Nano Lett. Cu2OSeO3磁性的新型描述方式。

1、Adv. Mater. 利用SnO和二維MoS2形成范德瓦爾斯p-n結

圖1 SnO-MoS2異質結的結構及其表征

近日，來自沙特阿卜杜拉國王科技大學的Zhang Xi-Xiang（通訊作者）和N. Alshareef（通訊作者）等人首次報道了基于p型氧化物（SnO）和n型二維材料（MoS2）所形成的范德瓦爾斯異質結。這種p-n結表現出了很好的二極管特性，其理想因子達到2，穩定整流比為104。在實驗中利用三終端測試的時候發現，器件的整流效應是柵極調控的，并表現出了典型的反二極傳輸特性，能帶圖和脈沖激光響應測試分別解釋了其機理。進一步的研究表明，兩種物質之間的能帶排列變化和每種半導體在柵偏壓下能帶結構的變化導致了上述的實驗結果。這項研究證明了，二維材料，尤其是MoS2，可以和多種半導體形成異質結，這為二極管等電子器件的制作提供了新的方法。

文獻鏈接：Hybrid van der Waals p–n Heterojunctions based on SnO and 2D MoS2（Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602157）

2、Adv. Mater. 具有機械適應性的柔性熱傳感器

圖2 柔性熱傳感器的結構及其性能測試

最近，來自南洋理工大學的陳曉東教授（通訊作者）等人報道了一種柔性襯底上的熱傳感器，表現出了優異的機械適應性和高的熱靈敏度。作者使用單壁的碳納米管連接羧基基團，并將其和基于氫鍵連接的聚合物進行結合，制作出了柔性的熱傳感器。實驗表明，擁有大量非共價氫鍵的聚合物表現出了優異的機械適應性，且能在室溫下進行快速自愈。此外，碳納米管通過共價鍵和聚合物連接，提供了良好的導電性。隨著溫度的升高，具有低玻璃化溫度的聚合物脫離碳納米管，使得其接觸更好，電阻變低，因此，其電信號隨溫度變化而不同，從而達到作為熱傳感器的目的。此研究有望應用于柔性的人工智能機器人等領域。

文獻鏈接：Soft Thermal Sensor with Mechanical Adaptability（Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201602994）

3、Adv. Funct. Mater. 黏土-石墨烯復合的功能導電材料

圖3 海泡石-石墨烯復合物及其薄膜

近日，來自馬德里材料科學研究所的Eduardo Ruiz-Hitzky（通訊作者）等人報道了結合黏土和石墨烯制作功能導電材料的新方法。作者使用超聲波機械混合的方法在水體系中得到了穩定的混合物分散液，這種分散液可保持長達幾個月而不分層，并通過過濾的方法得到了薄膜，測試了其電學性能。此外，將此體系制備的材料與多壁碳納米管結合可以大大提高其導電性能。本項工作為制作低成本、高導電性、良好機械性能的導電材料提供了新的方法。

文獻鏈接：Clay-Graphene Nanoplatelets Functional Conducting Composites（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201603103）

4、ACS Nano 利用六方氮化硼封裝過渡金屬二硫化物防止其光降解

圖4 利用六方氮化硼封裝過渡金屬二硫化物示意圖

韓國蔚山國立科技大學的Hyeon Suk Shin（通訊作者）等人通過在激光（532nm）曝光下使WSe2和MoSe2發生光降解，又利用六方氮化硼（h-BN）層封裝這兩種物質保護其不被降解。通過拉曼光譜和光致發光光譜的不同峰強來檢測其光降解。當激光功率≥0.5mW時WSe2在空氣下迅速發生光降解，在功率≤0.1mW條件下沒有觀察到任何程度變化。然而，在水滴的存在下，WSe2的光降解速度加快，并在光降解甚至能在0.1mW條件下發生。他們研究發現利用h-BN封裝WSe2可以阻止光降解發生。但是單層的h-BN不足以完全防止這種光降解，所以他們采用了三層h-BN。他們還發現MoSe2也可以利用h-BN層來防止光降解。通過分析X射線光電子能譜和掃描電子顯微鏡數據，他們確定這種光降解是由過渡金屬二硫化物的光誘導氧化而引起的。

文獻鏈接：Prevention of Transition Metal Dichalcogenide Photodegradation by Encapsulation with h-BN Layers (ACS Nano, 2016, DOI: 10.1021/acsnano.6b05042)

5、Adv. Funct. Mater. 三維自組裝異構納米粒子網絡得到可調的頻帶選擇性紫外光電探測器

圖5 基于INMON架構的頻帶選擇性UV光電探測器原理圖和能帶圖

澳大利亞國立大學的Antonio Tricoli（通訊作者）等人提出了一種用于頻帶選擇性UV光電探測器的納米級架構，它具有獨特的可調性和小型化潛力。器件布局依賴于3D集成的定制納米顆粒的超微孔層。通過調節位于間接帶隙TiO2納米顆粒和直接帶隙ZnO尖銳邊緣之間的透射窗口獲得一個頻帶選擇性光響應，且具有小于30nm的可調節帶隙寬度，在1V偏壓和86 μW cm?2條件下光電流和暗電流之比可以達到幾百萬。這種可調結構和納米加工方法與微細加工技術相兼容，并為耐磨頻帶選擇性光探測器的設計提供了一個靈活的解決辦法。

文獻鏈接：Tunable Band-Selective UV-Photodetectors by 3D Self-Assembly of Heterogeneous Nanoparticle Networks (Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602195)

6、Nano Lett. 90°扭曲雙層黑磷的柵極切換運輸和光學各向異性

圖6 90°扭曲的雙層黑磷示意圖

美國加州大學伯克利分校的Steven G. Louie（通訊作者）等人研究表明在具有90°層間扭曲角的雙層黑磷中，它的電子結構和光學躍遷的各向異性可通過柵極進行調控。利用第一原理計算，他們預測實驗室可獲得的柵極電壓能夠誘導空穴的有效質量在一個笛卡爾坐標軸上的數值是其他坐標軸上數值的30倍，而且可以通過轉換柵極電壓信號而改變兩個軸。這種柵極可控帶隙結構可以導致可轉換的光學線性二色性，其中最低能量光學躍遷（吸光或發光）的偏振可通過柵極調控。因此在扭曲雙層黑磷中各向異性是一種可調控的自由度。

文獻鏈接：Gate Switchable Transport and Optical Anisotropy in 90° Twisted Bilayer Black Phosphorus (Nano Lett., 2016, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b02084)

7、Adv. Mater. 具有延展性的有機半導體器件的進度報告

圖7 有機半導體器件發展歷史

近日來自南洋理工大學的陳曉東教授（通訊作者）和南京郵電大學的黃維院士（通訊作者）等人針對最近較為熱門的有機半導體器件進行了一系列總計，這篇總結系統的介紹了有機半導體器件所取得的一些不可思議的進步，主要包括可伸縮的有機場效應晶體管、發光器件、太陽能電池和具有記憶效應的器件等。

文獻鏈接：Stretchable Organic Semiconductor Devices（Adv.Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201601278）

8、Adv. Funct. Mater. 臨界點：關于增強鐵電體的壓電和電熱效應的概念

圖8 真實和假想的相關介電常數的溫度依賴性

近日來自德國達姆施塔特工業大學的Nikola Novak（通訊作者）等人發現了在制陶業中其壓電和電熱臨界點表現在較寬的溫度范圍和電場范圍內，這種在制陶業中擴散臨界點的存在是一種對于增強器件功能的新穎概念，如壓電和電熱響應。通過對 0.75Bi1/2Na1/2TiO3-0.25SrTiO3鐵電陶瓷張弛振電器進行測驗，證實了該理論。較寬的臨界范圍的實現將進一步促進壓電和EC材料的發展和提供可供在電場應用中理論。

文獻鏈接：Criticality: Concept to Enhance the Piezoelectric and Electrocaloric Properties of Ferroelectrics（Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201602368）

9、JACS 非平面中性半導體

圖9 中性自由基二分體MPTTFPTM（1）和PTM自由基

近日來自西班牙的Jaume Veciana（通訊作者）等人介紹了通過鏈接四硫富瓦烯（TTF）施主單元與中性PTM自由基得到一種新的非平面中性半導體的方法。該半導體中TTF單元通過分子間S-S鍵的作用促進自由基重疊。得到的系統在較高的壓力下具有半導體性質，因為在較高壓力下電子帶寬增加且電荷重組從而打開了制備中性自由基半導體的大門。

文獻鏈接：Pressure-Induced Conductivity in a Neutral Nonplanar Spin-Localized Radical（JACS, 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b02888）

10、Adv. Mater. 基于各向異性磁電阻效應的高靈敏柔性磁(AMR)傳感器

圖10 AMR傳感器在柔性襯底上制備

美國波斯頓東北大學電氣與計算機工程系的Zhiguang Wang（通訊作者）和Nian-Xiang Sun（通訊作者）等人制備了一種基于各向異性磁電阻效應的高靈敏度柔性磁傳感器(AMR傳感器)。他們主要是成功的設計了一個修正的外部磁場函數以使得電壓在零偏置條件下保持線性輸出，并且通過表層涂覆的光致抗蝕劑緩沖層以達到高度的柔性和靈敏性。AMR傳感器的檢測極限可達到15nT，并具有優異的穩定性，實現了可纏繞的柔性磁傳感器，且彎曲直徑可達5mm。AMR傳感器為醫學和健康檢測提供了一個檢測和響應外部磁場的平臺。

文獻鏈接：Highly Sensitive Flexible Magnetic Sensor Based on Anisotropic Magnetoresistance Effect (Adv. Mater., 2016, DOI:?10.1002/adma.201602910)

11、Nano Lett. Cu2OSeO3磁性的新型描述方式

圖11 T=56.2K時Cu2OSeO3的典型掃描探針圖像

德國德累斯頓工業大學應用物理研究所的Peter Milde(通訊作者)等人在磁力顯微鏡下研究了單晶Cu2OSeO3表面真實的空間自旋結構。該研究主要是基于使用Kelvin探針力的掃描探針顯微鏡和宏觀磁學，探測空間自旋結構和在居里溫度附近的單晶Cu2OSeO3磁電性能并創建了一個新型模型來觀察電極化現象。該模型成功地描述了所有的磁調制相中電極化對磁化強度的依賴關系，并且是第一次對布洛赫型斯格米子態晶格的單晶表面熱力學穩定型的觀察。

文獻鏈接：Heuristic Description of Magnetoelectricity of Cu2OSeO3 (Nano Lett., 2016, DOI:?10.1021/acs.nanolett.6b02167)

本期內容由材料人電子電工學術組大城小愛，forest，ZZZZ，王小瘦供稿，材料牛編輯整理。

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