金属性MTe2（M=V, Nb, Ta）超薄单晶纳米片的合成

注：文末有研究团队简介及本文作者科研思路分析

近年来，二维金属性过渡金属硫化物（MTDMs）的出现为研究超导、量子霍尔自旋效应以及磁性等丰富有趣的物理现象提供了基础。然而现有的磁性研究主要依赖于机械剥离的样品，高质量二维MTDMs的可控制备仍然具有挑战性。近日，湖南大学的段曦东（点击查看介绍）团队首次实现了高质量的金属碲化物MTe₂（M = V、Nb、Ta）超薄纳米片的可控制备。

自石墨烯发现以来，二维层状材料（2DMLs）家族的成员一直在不断扩大，包括氮化硼、二维过渡金属硫化物（TMDs）等等。金属性过渡金属硫化物（MTMDs）具有无带隙的电学结构以及丰富、有趣的物理性质，例如TaS₂和VSe₂的电荷密度波会随厚度发生转变、运用表面分子吸附法能诱导出二维超导体NbSe₂的铁磁性。作为一类典型的MTMDs，由于相邻M⁴⁺-M⁴⁺对的强电子耦合，第VB族金属碲化物（VTe₂、NbTe₂、TaTe₂）理论预测具有铁磁性，特别是单层的VTe₂通过第一原理计算预测具有本征低温和室温铁磁性。然而现有的磁性研究大多停留在理论预测阶段，迫切需要从实验上实现高质量的MTe₂（M = V、Nb、Ta）样品的可控制备。

湖南大学的段曦东团队通过常压化学气相沉积法（APCVD）合成了高质量的金属性VTe₂、NbTe₂、TaTe₂超薄纳米片，通过增大载气流速，得到MTe₂纳米片的厚度和形貌会发生系统的变化，由多数为厚六边形区域变为薄的三角形区域。X射线衍射及高分辨透射电镜结果证明了合成得到的MTe₂纳米片为高质量的单晶纳米片，且VTe₂、NbTe₂纳米片具有六方1T相结构，TaTe₂纳米片具有单斜扭曲的1T相结构。电学测量表明MTe₂单晶纳米片都为具有高电导率的金属性材料。此外，研究者还通过磁性测量证明了VTe₂和NbTe₂具有本征室温铁磁性，TaTe₂具有顺磁性。

通过CVD方法合成高质量第VB族金属碲化物（VTe₂、NbTe₂、TaTe₂）纳米片不仅丰富了2DLMs家族的成员，且为新兴的二维磁学、自旋电子学、传感器和磁光电子学领域开辟了新的道路。这一成果近期发表在Advanced Materials 上，文章的第一作者是湖南大学的博士研究生李佳和赵蓓。

该论文作者为：Jia Li, Bei Zhao, Peng Chen, Ruixia Wu, Bo Li, Qinglin Xia, Guanghua Guo, Jun Luo, Ketao Zang, Zhengwei Zhang, Huifang Ma, Guangzhuang Sun, Xidong Duan, Xiangfeng Duan

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Synthesis of Ultrathin Metallic MTe₂ (M = V, Nb, Ta) Single-Crystalline Nanoplates

Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201801043

段曦东博士简介

段曦东，湖南大学化学化工学院教授，1993年本科毕业于湖南大学化学化工系，博士毕业于湖南大学化学化工学院。

段曦东的研究领域为二维材料的制备、光电性质和先进光电功能器件研究，以第一作者和通讯作者在包括Science、Nat. Nanotech.、Nano Lett.和Chem. Soc. Rev.等期刊上发表论文二十多篇；其中2014发表在Nat. Nanotech.的论文（Lateral eptiaxal growth of two-dimensional layered semiconductor heterojunctions）、2017年发表于Science的论文（Robust epitaxial growth of two-dimensional heterostructures, multiheterostructures, and superlattices）多次入选SCI“高被引论文”、SCI“热点论文”。

http://www.x-mol.com/university/faculty/50100

科研思路分析

Q：这项研究的最初目的是什么？

A：如上所述，我们的研究兴趣是二维材料的本征磁性，但是目前大部分的磁性研究都停留在理论研究阶段，实际研究主要依赖于机械剥离的样品，但是机械剥离法费时、费力，得到的样品产量少。化学蒸汽沉积法作为一种制备二维材料的方法能实现大规模样品的可控制备，所以我们用CVD法合成了高质量的金属性MTe₂（M=V，Nb，Ta）超薄纳米片，并对其磁性进行了研究。

Q：研究过程中遇到哪些挑战？

A：该研究中最大的挑战是如何可控制备MTe₂（M=V，Nb，Ta）超薄纳米片，找到合适的原料及实验条件，以获得大尺寸、超薄、形状规则的MTe₂（M=V，Nb，Ta），并且通过不断增大气流，使MTe₂纳米片的厚度和形貌发生系统的变化，由多数为厚六边形区域变为薄的三角形区域。理解该变化的原理显得尤为重要，未来希望有相关领域的研究者一起合作将研究推动到更高的层次。

Q：该研究成果有哪些意义？

A：该研究通过APCVD方法实现了MTe₂（M=V，Nb，Ta）超薄纳米片的可控制备，且该方法重现性好，得到的样品产量大、质量高。X射线衍射及高分辨透射电镜结果证明了合成得到的MTe₂纳米片全为单晶纳米片。该方法对拓展二维材料家族具有重要的借鉴意义。此外，研究者还通过磁性测量证明了VTe₂和NbTe₂具有本征室温铁磁性，TaTe₂具有顺磁性。该研究得到的MTe₂（M=V，Nb，Ta）超薄纳米片为新兴的二维磁学、自旋电子学、传感器和磁光电子学领域开辟了新的道路。