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Metal-lattice-heredity synthesis of single-crystalline 2D transition metal oxides
Matter ( IF 17.3 ) Pub Date : 2024-10-16 , DOI: 10.1016/j.matt.2024.09.017 Junyang Tan, Jingwei Wang, Shengnan Li, Huiyu Nong, Shengfeng Zeng, Xiaolong Zou, Bilu Liu, Hui-Ming Cheng
Matter ( IF 17.3 ) Pub Date : 2024-10-16 , DOI: 10.1016/j.matt.2024.09.017 Junyang Tan, Jingwei Wang, Shengnan Li, Huiyu Nong, Shengfeng Zeng, Xiaolong Zou, Bilu Liu, Hui-Ming Cheng
Two-dimensional (2D) transition metal oxides (TMOs) have attracted much interest because of their unusual properties and high-temperature stability. However, due to isotropic bonding in all three dimensions and surface energy constraints, the direct synthesis of 2D TMOs with high crystal quality is challenging. Here, we develop a metal-lattice-heredity (MLH) strategy for synthesizing ultrathin TMO single crystals (e.g., Fe2 O3 ) with tunable properties on SiO2 /Si substrates. The MLH starts with chemical vapor deposition-grown 2D transition metal dichalcogenides (TMDs), followed by unique sequential sulfur-to-oxygen substitution reactions to obtain TMOs, where metal atoms retain their original lattice arrangement and symmetry. Such a process results in growing single-crystalline TMOs coinciding with the morphology and thickness of TMD templates, as supported by in situ optical studies and atomic-resolved imaging. The method can be used to grow many 2D TMOs, including Fe2 O3 , V2 O5 , Cr2 O3 , Co3 O4 , and NiO, with band gaps ranging from the near-infrared to the near-UV.
中文翻译:
单晶 2D 过渡金属氧化物的金属晶格遗传合成
二维 (2D) 过渡金属氧化物 (TMO) 因其不寻常的特性和高温稳定性而引起了人们的广泛兴趣。然而,由于所有三个维度的各向同性键合和表面能限制,直接合成具有高晶体质量的 2D TMO 具有挑战性。在这里,我们开发了一种金属晶格遗传 (MLH) 策略,用于在 SiO2/Si 衬底上合成具有可调特性的超薄 TMO 单晶(例如 Fe2O3)。MLH 从化学气相沉积生长的 2D 过渡金属二硫化物 (TMD) 开始,然后进行独特的连续硫-氧取代反应以获得 TMO,其中金属原子保持其原始晶格排列和对称性。这样的过程导致生长的单晶 TMO 与 TMD 模板的形态和厚度一致,这得到了原位光学研究和原子分辨成像的支持。该方法可用于生长许多 2D TMO,包括 Fe2O3、V2O5、Cr2O3、Co3O4 和 NiO,带隙范围从近红外到近紫外。
更新日期:2024-10-16
中文翻译:
单晶 2D 过渡金属氧化物的金属晶格遗传合成
二维 (2D) 过渡金属氧化物 (TMO) 因其不寻常的特性和高温稳定性而引起了人们的广泛兴趣。然而,由于所有三个维度的各向同性键合和表面能限制,直接合成具有高晶体质量的 2D TMO 具有挑战性。在这里,我们开发了一种金属晶格遗传 (MLH) 策略,用于在 SiO2/Si 衬底上合成具有可调特性的超薄 TMO 单晶(例如 Fe2O3)。MLH 从化学气相沉积生长的 2D 过渡金属二硫化物 (TMD) 开始,然后进行独特的连续硫-氧取代反应以获得 TMO,其中金属原子保持其原始晶格排列和对称性。这样的过程导致生长的单晶 TMO 与 TMD 模板的形态和厚度一致,这得到了原位光学研究和原子分辨成像的支持。该方法可用于生长许多 2D TMO,包括 Fe2O3、V2O5、Cr2O3、Co3O4 和 NiO,带隙范围从近红外到近紫外。