黑磷單晶
關(guān)注創(chuàng)建者：你吃派嗎 創(chuàng)建時間：2018-10-11
黑磷單晶的實例教程
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http://www.pnas.org/content/115/40/9935
他們首先利用六面砧裝置測試了黑磷單晶的室溫電阻率隨壓力的依賴關(guān)系，如圖1所示，電阻率在~1GPa、5GPa和10GPa表現(xiàn)出明顯的反常，分別對應(yīng)A17相的Lifshitz轉(zhuǎn)變、A17-A7和A7-SC結(jié)構(gòu)相變，與之前的高壓研究結(jié)果吻合。
圖1. 黑磷單晶的結(jié)構(gòu)相變與電阻的壓力依賴關(guān)系。
然后，他們對不同的高壓電子相開展了詳細的磁電輸運性質(zhì)測量，如圖2-5所示：當黑磷在A17相內(nèi)經(jīng)歷Lifshtz轉(zhuǎn)變后，零場電阻率表現(xiàn)為金屬行為，且電阻率值隨壓力升高逐漸降低，當施加8.5T磁場后，低溫電阻率呈半導體特征，在很大溫區(qū)表現(xiàn)出巨大的正磁阻效應(yīng)，在2GPa、1.5K、8.5T時MR高達4×105%，此外低溫下還伴有明顯的SdH量子振蕩（圖3），但是沒有超導電性；然而，當黑磷在5GPa以上進入A7相之后，零場電阻率在低溫3-5K出現(xiàn)超導電性（圖5），同時仍然表現(xiàn)出很大的正磁阻效應(yīng)，在5.5GPa、1.5K、8.5T時MR達到了~2×103%，具有如此大正磁阻的超導體是很少見的，非常值得深入研究；
圖2. (a) 黑磷單晶在不同壓力（1-15GPa）和不同磁場(0T, 8.5T)下的電阻率隨溫度的依賴曲線；(b)歸一化的磁電阻隨溫度的依賴關(guān)系；(c)黑磷的高壓相在1.5K時的磁阻隨磁場的變化關(guān)系。
圖3. 黑磷單晶在A17相不同壓力下的1.5K量子震蕩數(shù)據(jù)。
圖5. (a)黑磷單晶的超導轉(zhuǎn)變隨壓力的演化關(guān)系；(b)超導轉(zhuǎn)變臨界場隨壓力的變化關(guān)系。
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黑磷單晶的最新內(nèi)容
從金屬特性的石墨烯、絕緣體氮化硼（BN），到二維過渡金屬硫化物(Transitionmetal dichalcogenide family of materials， TMDs)，二維黑磷（BP）以及范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)（vdWHs）……各種堆疊和排列二維材料的組合，帶來了不少重要發(fā)現(xiàn)和技術(shù)方面的大幅提高。
黑磷(Black phosphorus, BP)，作為一種具有可控帶隙和高載流子遷移率的層狀半導體，是原子厚度晶體管器件中最有前途的候選材料之一。然而，缺乏大規(guī)模的生長技術(shù)，極大地阻礙了其在設(shè)備上的發(fā)展。
在此，來自中國科學技術(shù)大學的陳仙輝和香港理工大學的郝建華等研究者報道了利用脈沖激光沉積，在厘米尺度上生長超薄BP。
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除了場效晶體管和電池的運用，黑磷也有在濕度探測器，氣體探測器，光學材料等領(lǐng)域的運用潛能。然而，黑磷易與空氣中的水蒸氣發(fā)生反應(yīng)使得黑磷轉(zhuǎn)化為磷酸并使產(chǎn)品時效。由于沒有成型和品質(zhì)可控的制備方法以及方便的使用環(huán)境，黑磷的運用依舊停留在實驗階段。
經(jīng)過多年的研究積累，研究者們發(fā)現(xiàn)了數(shù)十種二維半導體材料，其中具有代表性的有：過渡金屬硫族化合物、黑磷、硅烯、鍺烯、納米帶石墨烯，以及少量的鎵、鉛、鉍的硫族化合物等。下圖整理了常見的二維半導體材料。圖中由箭頭連接的兩類元素可以構(gòu)成二維半導體化合物，沒有箭頭連接的元素則是單晶二維半導體。
黑磷單晶的結(jié)構(gòu)相變與電阻的壓力依賴關(guān)系。
【黑磷烯】
磷烯（Phosphorene）又稱黑磷烯或二維黑磷，是一種從黑磷剝離出來的有序磷原子構(gòu)成的、單原子層的、有直接帶隙的二維半導體材料。磷烯在場效應(yīng)晶體管、光電子器件、自旋電子學、氣體傳感器及太陽能電池等方面有著的廣闊的應(yīng)用前景。近年石墨烯被炒得火熱，就連電池都想蹭一蹭它的熱度，大有向資本市場靠攏的跡象。
近年來，課題組在石墨烯等離激元學、黑磷的能帶結(jié)構(gòu)和能帶調(diào)控、二維材料的激子以及拓撲半金屬的磁光特性等領(lǐng)域取得多項進展。”
