米乐m6官方网站 最终实现由细原子线制成的大面积薄膜

为了实现下一代电子设备和能量转换设备，几个原子厚的薄膜和细线等纳米材料引起了广泛的关注。东京都立大学理学院研究生院物理系特聘助理教授林洪、中西佑介助理教授、远藤直彦（研究员）、安藤千里（研究生）、清水浩（研究生）、柳一宏教授、宫田小光副教授、产业技术综合研究所极端功能材料研究部高级主任刘孔该团队成员包括名古屋大学工程研究生院应用物理系的 Nin 研究员、Kamae 助理教授和 Taishi Takenobe 教授，筑波大学数学与材料系的 Mina Maruyama 助理教授和 Susumu Okada 教授，其最终的薄结构约为三个原子。过渡金属单硫族化物^（注1）（TMC，图1），并首次成功合成大面积薄膜，形成原子线的束状结构，并阐明其光学响应和导电特性。通过使用这种细线束和薄膜，预计它们将能够阐明和控制限制在一维的电子的特殊性质，并应用于精细布线、透明柔性电极、以极低功率运行的电子设备和传感器以及高效能量转换元件。该研究成果发表在美国化学会12月14日出版的英文期刊上（美国东部时间）纳米字母

近年来，数个原子厚的薄膜（原子层）和细线（原子线）作为下一代功能材料受到了全世界的关注。各种各样的材料已经被制成原子薄膜，包括获得诺贝尔物理学奖的厚度为一个碳原子的石墨烯片，并且这些材料的基础和应用研究正在取得进展。关于原子线，已经研究了包括碳纳米管在内的各种金属化合物。另一方面，许多原子线容易出现无序和不均匀的晶体结构，合成大量具有均匀结构和高结晶度的材料一直是阐明其基本物理性质和应用研究的重大挑战。

过渡金属单硫族化物（TMC，图1）被称为具有均匀结构的原子线，由钼（Mo）和钨（W）等过渡金属原子与硫（S）、硒（Se）和碲（Te）等硫族原子组成，因其直径约为3个原子的极薄结构和金属导电性而引起人们的关注。 TMC原子线通过大量过渡金属原子和硫族原子的结合，通过改变线的集合状态，以及允许不同元素存在于线之间，可以实现从半导体到金属到超导体的多种特性。 2019年，该研究团队的中西助理教授和刘研究员成功在碳纳米管内合成了孤立的TMC原子线（https://wwwtmuacjp/news/topics/19132html）。然而，迄今为止报道的各种合成方法都存在诸如获得的样品量、放大、仅在碳纳米管内合成的能力以及细线本身的长度和结晶度等问题。

为了实现高结晶度的TMC原子线制成的大面积薄膜，研究团队将迄今为止开发的原材料（过渡金属和硫族元素）以气相供给到基板上化学气相沉积法^（注2）的方法利用这种方法，我们探索了生长条件，并成功合成了由集成在厘米大小的基板上的数十至数百条TMC原子线制成的纳米纤维组成的网络状薄膜（图2a）。此外，我们发现利用基板表面的晶体结构可以获得纳米纤维沿一个方向取向的薄膜（图2b）。此外，利用这种方法，我们发现除了单个TMC原子线及其聚集体具有高结晶度外（图2c），它们还形成具有二维排列的细线的单层或双层片材，以及细线在高度方向上堆叠的三维束状结构。研究小组测量了这种TMC原子线的光散射，并证实它表现出反映其一维结构的光学响应。此外，我们通过实验证明，这种细线束及其网状薄膜表现出与金属相似的特性，例如高导电性和低温下电阻降低。第一原理电子态计算^（注3）的预测相符。

在这项研究中，我们首次实现了由高结晶度TMC原子线制成的大面积薄膜，并成功阐明了原子线形成二维单双层片状结构和三维束状结构等多种聚集态及其金属导电性能和各向异性光学响应。通过利用这种由大约3个原子组成的细线、其二维片层和三维束状团聚结构，我们希望了解和控制限制在一维或二维区域的电子的特殊性质，并在精细布线、透明柔性电极、极低功耗电子设备和传感器以及高效能量转换元件中找到应用。

■本研究是战略性创意研究推进研究项目“原子层异质结构的完全控制生长和超低功耗3D集成器件的创建（研究代表：宫田博光）”（编号：JPMJCR16F3）、战略创意研究促进研究项目“柔性材料纳米界面热动力学的阐明和控制（研究代表：柳和弘）”的一部分项目组型研究（CREST）“纳米级热管理基础技术的创造”（研究主管：丸山繁雄）（No JPMJCR17I5），日本学术振兴会科学研究资助金（No JP18H01832，JP19H02543，JP19K15393，JP20H02572， JP19K15383、JP20H05189、JP26102012、JP25000003、JP19K22127、JP17H01069、JP20H02573），村田科学振兴财团《利用纳米铸造法创造新型光响应开关材料》（研究代表：佑介） Nakanishi）”（H31-068），Keirin“机械推广补贴项目研究补贴”中的研究项目“以绝缘体纳米试管为模具开发下一代光伏材料的支持项目（研究代表：Nakanishi）”这项工作得到了 Yusuke）的支持（2020M-121）。本研究的一部分是在文部科学省“纳米技术平台论坛”项目（课题支持编号：JPMXP09F19008709、20009034）的支持下，在产业技术综合研究所（产业技术综合研究所）纳米加工设施进行的。

论文标题：一维过渡金属碲化物纳米线的晶圆级生长
作者：Hong En Lim、Yusuke Nakanishi、Zheng Liu、Jiang Pu、Mina Maruyama、Takahiko Endo、Chisato Ando、Hiroshi Shimizu、Kazuhiro Yanagi、Susumu Okada、Taishi Takenobu、Yasumitsu Miyata
杂志名称：纳米字母
DOI：https://dxdoiorg/101021/acsnanolett0c03456

注1) 过渡金属单硫属化物(TMC)

一种细线状物质，由过渡金属原子（例如钨（W）和钼（Mo））和硫族原子（例如硫（S）和硒（Se））组成。该组合物含有比例为 1:1 的过渡金属和硫族原子，以及 MX (或 M₆X₆）。这里，M对应于过渡金属(Mo、W等)，X对应于硫族原子(X＝硫、硒、碲)。如图1a所示，过渡金属和硫族原子通过共价键相互结合，形成约三个原子宽的细线。[返回来源]

注2) 化学气相沉积法

一种将原材料汽化并将其供应到加热的基板上，然后通过化学反应直接在基板上生长薄膜的技术。[返回来源]

注释3）第一性原理电子态计算

一种根据量子力学基本方程非经验确定材料稳定原子结构并描述材料中电子行为的理论方法。[返回来源]