過渡金屬硫族化合物(TMDCs)二維層狀材料受到大量關注,過渡金屬硫化物TMDs是一類層狀材料,基本化學式可寫作MX2,其中M代表過渡金屬元素,包含Ti、V、Ta、Mo、W、Re等,X表示硫?qū)僭卦?/span>S、Se、Te等。這類材料具有奇妙的電及光電性能,可以廣泛的應用于能量轉(zhuǎn)換和收集。由于幾個原子厚的半導體TMDs由于二維限制表現(xiàn)出的有趣的物理現(xiàn)象,如原子級薄的MoS2的柵極誘發(fā)超導、單層MoS2的谷極化和自旋極化以及MoTe2從塊體轉(zhuǎn)變?yōu)樯賹舆^程中的能帶打開現(xiàn)象等,這些幾個原子厚的TMDs引起了研究者們的廣泛興趣。然而,研究者們大多通過機械剝離法來獲得二維層片的TMDCs,二維過渡金屬硫化物層片的批量生產(chǎn)仍然具有挑戰(zhàn)性。
硒化釩是一種**的金屬性過渡金屬硫化物(MTMD)。由于硒化釩中相鄰V4+-V4+對的強電子耦合使得其具有金屬性。通常塊體硒化釩晶體通過化學氣相傳輸技術和后續(xù)的由上至下剝離過程來獲得及納米厚的硒化釩納米片。這個剝離過程缺乏可控性且難以量產(chǎn)獲得大面積均勻的薄膜。而已液相法、物理氣相沉積、化學氣相沉積法為代表的自下而上合成方法已經(jīng)被用來制備一些納米尺度的硒化釩片或硒化釩垂直多晶薄膜等。然而可控的獲得**、大晶粒、厚度小于10nm甚至是單層的硒化釩晶粒仍然有**重要的意義。近年來“一步法”(金屬氧化物或金屬氯化物與硫?qū)賳钨|(zhì)反應)和“兩步法”(基底金屬化后進行硫化)被廣泛的用于試下TMDs的可控合成。前一種生長方法更有可能合成厚度可控的**TMDs晶體或者大面積的薄膜。這些合成方法方面的進展可以促進關于過渡金屬硫化物厚度對其電/磁性能的影響方面的研究,也可以促進TMDs在電化學、鋰電池等領域中的應用。
報道了通過“一步”化學氣相沉積法在原子級平整的云母基底上范德華生長獲得了1T相的薄層硒化釩VSe2微晶納米片。納米片的厚度可以從幾納米到幾十納米調(diào)整。此外研究者發(fā)現(xiàn)二維單晶硒化釩表現(xiàn)出**的金屬性,具有超高的電導率106S/m,比其他二維材料的電導率高了1-4個量級。
在異質(zhì)外延生長機制中,晶格對稱度和晶格常數(shù)需要很好的匹配。然而在范德華外延生長模型中上述要求可以放寬,這使得層狀材料可以在不同晶體對稱度和很大的晶格錯配度(NbSe2在云母上的生長錯配度高達50%)下進行異質(zhì)外延生長。這一技術被用于在氟晶云母(KMg3(AlSi3O10)F2)基底上生長多種層狀材料包括拓撲絕緣體、過渡金屬硫化物、二維GaSe等。在這一工作中云母和硒化釩的晶格匹配度很好,表現(xiàn)出相同的三重對稱性。此外云母的晶格常數(shù)a1=0.53nm與硒化釩的a2=0.32nm的被匹配,晶格錯配度僅-3.8%。這種良好的匹配使得硒化釩在云母上的外延生長近似于傳統(tǒng)的同質(zhì)外延模型。