近日，我校理學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)碩士研究生顏潔以第一作者身份在材料領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Small》上（中科院一區(qū)，影響因子：13.3）發(fā)表了題為“High-throughput computational screening of All-MXene metal-semiconductor junctions for Schottky-barrier-free contacts with weak Fermi-level pinning”的研究論文。我校作為第一且唯一通訊單位，研究生指導(dǎo)教師曹丹副教授為論文第一通訊作者。
過(guò)渡金屬碳/氮化合物（MXenes）作為一類(lèi)新型的二維材料體系，因?yàn)槠涓叻€(wěn)定性、優(yōu)異的物化性質(zhì)、易于合成等特點(diǎn)，在納米電子器件、光電子器件以及能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換器件等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。不同于常規(guī)的二維材料，MXenes的功函數(shù)和電子性質(zhì)強(qiáng)烈依賴于其表面的功能化基團(tuán)。通過(guò)合理的調(diào)控其表面功能化基團(tuán)，不僅可以使實(shí)現(xiàn)其金屬-半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變，而且其功函數(shù)可在1.5~7.5 eV較寬范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這為設(shè)計(jì)all-MXenes的納米器件以及改善器件的金屬-半導(dǎo)體界面接觸提供了極大的自由度。由于二維MXenes體系種類(lèi)繁多，同時(shí)由其構(gòu)筑的二維金屬-半導(dǎo)體范德華異質(zhì)結(jié)不僅受材料本征性質(zhì)的影響，其界面的范德華力和氫鍵效應(yīng)所誘導(dǎo)的界面極化也會(huì)極大地影響異質(zhì)界面的費(fèi)米釘扎和載流子輸運(yùn)特性，這為器件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用帶來(lái)了困難。因此，單純依賴于實(shí)驗(yàn)表征手段發(fā)掘出高性能的金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)體系將會(huì)非常耗時(shí)。為此，該論文工作創(chuàng)新性地利用高通量的第一性原理計(jì)算從2256種MXenes結(jié)構(gòu)中篩選出了符合器件應(yīng)用的6種具有高穩(wěn)定、高載流子隧穿幾率、弱費(fèi)米釘扎與歐姆接觸特性的二維金屬-半導(dǎo)體結(jié)體系。
該項(xiàng)研究發(fā)展了全新的二維范德華金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)體系，并為MXene基納米電子和光電子器件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用帶來(lái)了新的思路。該論文的研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（62174151）、浙江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（LZ22F040003）和一般項(xiàng)目（LY22A040002）的資助。
