南京大学缪峰/梁世军团队Nat. Mater.: 器件上相变工程
2024年4月25日，Nat. Mater.在线发表了南京大学缪峰教授、梁世军副教授、南方科技大学林君浩教授和中山大学罗鑫教授课题组的研究论文，题目为《On-device phase engineering》，论文的第一作者为Xiaowei Liu、Junjie Shan、Tianjun Cao、Liang Zhu和Jiayu Ma。
相变工程是凝聚态物理、材料科学和器件应用领域的核心研究主题之一。二维材料的发现推动了与相变工程相关的研究。这些材料的二维性质使得能够与外部刺激（例如，电场、磁场、应变、光等）强耦合，从而导致电子或结构相变。二维材料的相变工程不仅促进了量子态的开发和常规相变理论的扩展，而且为设计潜在有用的器件提供了更多的自由度。这种相变工程仅限于化学计量保持不变的情况。
与这种化学计量不变的相变工程相比，通过调整作为模板的二维材料组成比例，非化学计量相变工程可以产生多个相。这些相是非层状的，缺乏反演中心对称性，允许出现奇异的量子态，如高温超导、可扩展铁电性、铁磁态或拓扑态。
在此研究中，作者提出了器件上相变工程，能够实现具有不同化学计量的各种晶格相。使用钯和硒化物作为模型体系，研究表明具有Pd电极的PdSe2通道可以通过热调整通道的化学组成比例而转化为Pd17Se15和Pd4Se。通过精确控制电极的厚度和间距，可以获得不同的相构型。
因此，该器件可以在原位实现多种功能，例如表现出超导行为和实现超低接触电阻，以及定制电催化剂的合成。研究所提出的器件上相变工程方法表现出通用机制，可以扩展到金属和硫族元素之间的29种元素组合。这项研究工作强调器件上相变工程是一种很有前途的研究方法，通过它可以开发基本特性及其应用。
图2 器件上多晶PdxSey晶体的原子STEM表征图4 其他二维层状材料的通用机理
Liu, X., Shan, J., Cao, T. et al. On-device phase engineering. Nat. Mater., 2024. https://doi.org/10.1038/s41563-024-01888-y
【其他相关文献】
[1] Wang, Y., Xiao, J., Zhu, H. et al. Structural phase transition in monolayer MoTe2 driven by electrostatic doping. Nature, 2017, 550, 487–491. https://doi.org/10.1038/nature24043[2] Yang, H., Kim, S., Chhowalla, M. et al. Structural and quantum-state phase transitions in van der Waals layered materials. Nat. Phys., 2017, 13, 931–937. https://doi.org/10.1038/nphys4188[3] Liu, L., Wu, J., Wu, L. et al. Phase-selective synthesis of 1T' MoS2 monolayers and heterophase bilayers. Nat. Mater., 2018, 17, 1108–1114. https://doi.org/10.1038/s41563-018-0187-1[4] Chen, Y., Lai, Z., Zhang, X. et al. Phase engineering of nanomaterials. Nat. Rev. Chem., 2020, 4, 243–256. https://doi.org/10.1038/s41570-020-0173-4[5] Li, W., Qian, X. & Li, J. Phase transitions in 2D materials. Nat. Rev. Mater., 2021, 6, 829–846. https://doi.org/10.1038/s41578-021-00304-0
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