CN113697779B - 一种超薄三硒化二铬纳米片磁性材料及其制备和应用 - Google Patents
一种超薄三硒化二铬纳米片磁性材料及其制备和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113697779B CN113697779B CN202011167167.9A CN202011167167A CN113697779B CN 113697779 B CN113697779 B CN 113697779B CN 202011167167 A CN202011167167 A CN 202011167167A CN 113697779 B CN113697779 B CN 113697779B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- chromium
- diselenide
- nanosheet
- magnetic material
- ultrathin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 title claims abstract description 79
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 title claims abstract description 45
- CVMDEPMCKBDVDT-UHFFFAOYSA-N [Cr+4].[Se--].[Se--] Chemical compound [Cr+4].[Se--].[Se--] CVMDEPMCKBDVDT-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 13
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 51
- XIMIGUBYDJDCKI-UHFFFAOYSA-N diselenium Chemical compound [Se]=[Se] XIMIGUBYDJDCKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 40
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- -1 chromium triselenide Chemical compound 0.000 claims abstract description 26
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 46
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 26
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 20
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 14
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 11
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 9
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 7
- 239000010445 mica Substances 0.000 claims description 7
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 6
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M potassium bromide Chemical compound [K+].[Br-] IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 claims description 2
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N tungsten disulfide Chemical compound S=[W]=S ITRNXVSDJBHYNJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 5
- 239000011669 selenium Substances 0.000 abstract description 9
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 abstract description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 2
- BWGNESOTFCXPMA-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen disulfide Chemical compound SS BWGNESOTFCXPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 26
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 12
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 10
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 9
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 9
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 3
- 238000004098 selected area electron diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 2
- 238000000089 atomic force micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- WBZKQQHYRPRKNJ-UHFFFAOYSA-L disulfite Chemical compound [O-]S(=O)S([O-])(=O)=O WBZKQQHYRPRKNJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000005307 ferromagnetism Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical group 0.000 description 1
- 238000000724 energy-dispersive X-ray spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002055 nanoplate Substances 0.000 description 1
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005987 sulfurization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B19/00—Selenium; Tellurium; Compounds thereof
- C01B19/007—Tellurides or selenides of metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G41/00—Compounds of tungsten
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/24—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only semiconductor materials not provided for in groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/85—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by XPS, EDX or EDAX data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/42—Magnetic properties
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明涉及一种新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料及其制备和应用,属于二维磁性材料开发技术领域。所述新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料,为片状结构;其中,单个片状三硒化二铬纳米片中,厚度为单个晶胞厚度~N个晶胞厚度;所述N大于1;所述单个片状三硒化二铬纳米片的尺寸大于等于18微米。其制备方法为:在保护气氛下,将硒气和含铬气体置于800‑900℃的环境中进行化学气相沉积,得到三硒化二铬纳米片。本发明所设计和制备的三硒化二铬纳米片可应用于过渡金属硫化物的能谷调控;其能谷调控效果明显并能在大气环境下稳定工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料及其制备和应用,属于二维磁性材料开发技术领域。
背景技术
二维磁性材料由于其独特的纳米尺度自旋态,为自旋电子器件的应用提供了理想的平台。目前二维磁性材料大多是从块体磁性材料剥离得到的,然而,剥离的磁性材料受到周围大气不稳定性的影响,需要特别的保护才能工作。另一方面,剥离的二维范德瓦尔斯层状磁性材料存在尺寸较小和厚度随机等问题。因此,二维磁性材料需要解决好质量和稳定性的可控合成问题。相比之下,二维非层状磁性材料很少被研究,尤其是关于它们的制备。CrnX(X=S,Se,Te;0<n<1),一类非层状过渡金属硫化物,因其丰富的化合物结构和独特的磁性而被广泛关注。
磁邻近效应是操纵异质结中自旋电子学的重要途径。这些效应对界面电子性质高度敏感,如电子波函数重叠和能带排列。最近出现的二维磁性材料为探索范德瓦尔斯异质结中的邻近效应开辟了新的可能性。目前基于二维磁性材料/过渡金属硫族化合物范德华尔异质结的邻近效应调控过渡金属硫族化合物的能谷已被研究,然而,二维磁性材料/过渡金属硫族化合物异质结中的二维磁性材料都是机械剥离而来的。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型超薄磁性材料,该磁性材料具有超薄,高稳定性,高居里温度,大磁矩,其应用领域广阔;揭示一种通过构建化学气相沉积生长的二维磁性材料与机械剥离的单层过渡金属硫族化合物范德华异质结调控能谷极化的方法。
本发明一种新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料;所述新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料,为片状结构;其中,单个片状三硒化二铬纳米片中,厚度为单个晶胞厚度~N个晶胞厚度;所述N大于1;所述单个片状三硒化二铬纳米片的尺寸大于等于18微米。
本发明一种新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料;单个片状三硒化二铬纳米片的垂直投影呈三角形或六边形。
作为优选方案,本发明一种新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料;所述N大于1且小于等于5。
本发明一种新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料;单个晶胞厚度约为1.8nm。
在本发明的技术条件下,单个片状三硒化二铬纳米片的尺寸可达到120微米甚至更大。
本发明一种新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料的制备方法,包括下述步骤:在保护气氛下,将硒气和含铬气体置于800-900℃的环境中进行化学气相沉积,得到三硒化二铬纳米片。
本发明一种新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料的制备方法,沉积所用基底包括300nm-SiO2/Si基底、硅基基底、云母。
作为常用方案,本发明一种新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料的制备方法,选取硒粉放置在管式炉上游区域,选取催化剂颗粒、铬粉末按照质量比1∶5-15的比例混合均匀,将混合好的催化剂、铬粉末放置在管式炉中心区域;所述催化剂选自氯化钠、溴化钠、氯化钾、溴化钾中的至少一种,优选为氯化钠。通过化学气相沉积工艺可控合成三硒化二铬纳米片磁性材料。
为了得到优质产物,加热前向管式炉的石英管中通入100-1000sccm、优选为500sccm高纯氩气并保持10-20分钟、优选为15分钟排出管内的其他气体,以确保气氛稳定的生长环境。之后氩气流量稳定在40-80sccm,优选为60sccm,再设置管式炉加热温度在25-30分钟升至850-900℃并保温5-10分钟。最后等管式炉自然冷却至室温,得到三硒化二铬纳米片。
在本发明中,铬粉挥发温度为1800℃,加入氯化钠的目的是为了降低铬粉熔点和降低反应活化能,同时使得铬粉在850-900℃能顺利得到设定量的蒸气。本发明控制氯化钠颗粒、铬粉末的比例为1∶5-15、优选为1∶10,其主要目的是为了在低温条件下实现充分完全反应并辅助控制沉积速度,进而为得到优质的产品提供必要条件。
本发明一种新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料的制备方法,硒粉的纯度大于等于99%,铬粉的纯度大于等于99%。在工业上应用时,可以直接购买市面上的产品,如购买阿尔法公司的硒粉和铬粉。
本发明一种新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料的制备方法,硒粉的加热温度为250-350℃,氯化钠颗粒和铬粉组成的混合粉末的加热温度为850-900℃。
本发明一种新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料的应用;将单层二硫化坞转移到所设计的三硒化二铬纳米片上,形成单层二硫化坞/三硒化二铬范德华尔异质结,并将单层二硫化坞/三硒化二铬范德华尔异质结用于能谷调控。
本发明一种新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料的应用;通过干法转移方法将单层二硫化坞转移到三硒化二铬纳米片上,形成单层二硫化坞/三硒化二铬范德华尔异质结。所述单层二硫化坞包括采用机械剥离方制备的单层二硫化坞,其他过渡金属硫族化合物也适用本发明。当然,其他方法制备的单层二硫化坞或其他过渡金属硫族化合物也可以用于本发明。
干法制备样品的具体方法为:1)通过机械剥离方法,利用剥离胶带从二硫化坞晶体剥离单层材料,得到胶带上的单层片状样品;
2)将胶带上的单层片状样品经过按压转移到PDMS(聚二甲基硅氧烷)柔性基底上,有样品的一面为上表面,无样品的一面为下表面,PDMS柔性基底下表面粘贴固定在载玻璃一端。
3)将载玻璃的另一端固定在左侧三维平移台的夹持器上,PDMS上表面应面向地面;
4)将单层二硫化坞目标基底放置在右侧三维平移台上并固定,通过调节载物台移动,使目标基底位于显微镜的物镜的焦平面上,找到目标基底上的指定转移区域;
调节左侧三维平移台,将附有单层二硫化坞PDMS柔性基底材料移动到物镜视野正下方,并调节平移台轴移动,直至物镜视野可以观察到样品,调节载物台位置,使预转移单层二硫化坞样品在垂直方向正对目标三硒化二铬纳米片基底上,然后调节载物台的位置直至目标样品接触,取出转移后的样品在显微镜下找到单层二硫化坞/三硒化二铬异质结样品。作为优选方案,本发明目标三硒化二铬纳米片的厚度范围在1.8-10nm。
经优化后,单层二硫化坞/三硒化二铬异质结中的三硒化二铬纳米片的厚度在10nm以下,表面光滑平整。
本发明一种新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料的应用;通过圆偏振测试系统对单层硫化坞/三硒化二铬异质结进行光谱测试与分析。
本发明一种新型超薄三硒化二铬纳米片磁性材料的应用;三硒化二铬纳米片是一种新型超薄磁性材料,该磁性材料具有超薄,大气环境下稳定性好,居里温度较高,磁矩较大,具有独特的纳米尺度自旋态。通过构建单层二硫化坞/三硒化二铬异质结,利用磁邻近效应可以调控单层二硫化坞能谷极化,这将推动自旋电子器件的应用;单层二硫化坞/三硒化二铬异质结中的单层二硫化坞在低温下能谷极化可达50%,有益效果是无需保护,大气环境下稳定工作,能谷调控明显。
附图说明
图1是本发明三硒化二铬纳米片的生长示意图;
图2是本发明实施例1所制备三硒化二铬纳米片的光学照片;
图3是本发明实施例1所制备三硒化二铬纳米片的AFM图像;
图4a是本发明实施例1所制备三硒化二铬纳米片的低倍TEM照片,标尺为2μm;图4b为选区电子衍射图片;图4c为三硒化二铬纳米片TEM图像,标尺为2μm;
图5为实施例1所制备的三硒化二铬纳米片的EDX光谱;
图6为实施例1所制备的三硒化二铬纳米片SEM照片和对应的Cr和Se元素对应的mapping图片;
图7是本发明实施例1在300nm-SiO2/Si基底生长的三硒化二铬纳米片的磁性测量图;
图8是本发明实施例2所制备三硒化二铬纳米片的光学照片;
图9a是本发明实施例3所制备单层二硫化坞/三硒化二铬纳米片异质结的光学照片;图9b是样品对应的AFM图像;图9c是单层二硫化坞和单层二硫化坞/三硒化二铬纳米片异质结的对比光谱;
图10a是本发明实施例3单层二硫化坞的谷极化光谱;图10b是制备的单层二硫化坞/三硒化二铬异质结纳米片的谷极化光谱;
图11是本发明对比例1所制备三硒化二铬纳米片的光学照片;
图12是本发明对比例2所制备三硒化二铬纳米片的光学照片;
图13是本发明对比例3所制备三硒化二铬纳米片的光学照片。
从图1中能看出本发明三硒化二铬纳米片制备过程所依托的设备和生长环境。
从图2中可以看出所合成的片状薄片呈三角形或六边形,大小在20-60um之间。
从图3中能看出所合成的片状薄片表面平整,厚度为1.8nm,为当个晶胞厚度。
从图4中即TEM图片可以看出所得到的片状薄片是单晶2维结构,(110)面晶格间距为0.3nm;选区电子衍射结果显示片状薄片具有良好的六方晶格排列结构。
从图5和图6中能看出所得到的片状薄片的检测点含有Cr、Se两种元素,可以确定该点所得Cr、Se两种元素比例为2∶3。
从图7中能看出所合成的片状薄片在外磁场的作用下,具有明显的磁滞回线特性,表明该材料在该温度下具有明显的铁磁性。
从图8中能看出所合成的片状薄片厚度均一且较薄,尺寸大小在20-60um之间。
从图9中能看出所制备单层二硫化坞/三硒化二铬纳米片异质结形貌清晰,上层单层二硫化坞厚度约为0.7nm,底层三硒化二铬厚度约为7nm。通过对比单层二硫化坞和单层二硫化坞/三硒化二铬纳米片异质结的荧光光谱可以看出异质结区域光谱淬灭,峰位有红移。
从图10中能看出所制备单层二硫化坞/三硒化二铬纳米片异质结谷极化光谱有较大的调控,谷极化值可达50%。
从图11中能看出所合成的三硒化二铬纳米片厚度接近块体,形貌不佳。
从图12中能看出所合成的材料形貌不规则,没有三硒化二铬纳米片。
从图13中能看出硅片上没有生成单晶三硒化二铬纳米片,硅片被严重腐蚀。
具体实施方式:
制备三硒化二铬纳米片磁性材料的化学气相沉积装置示意图见图1,图中石英管在是安装管式炉的。所述的石英管包括上游恒温区1和中心恒温区2,装载有硒粉的瓷舟3放置管式炉的上游恒温区。氯化钠颗粒、铬粉末按照1∶10的比例混合均匀,将混合好的氯化钠、铬粉末置于瓷舟4内,瓷舟4放置在管式炉中心区域。将云母或硅基底置于放有氯化钠、铬粉末的瓷舟4正上方。所述的石英管两端均设置有气孔,其中,石英管左端(载气上游)的气孔为进气孔,石英管右端的气孔为出气孔。
实施例1
三硒化二铬纳米片的制备:
将盛有硒粉的瓷舟放在管式炉上游恒温区,装有混合好的氯化钠、铬粉末置于和基底的瓷舟(基底盖在装有氯化钠、铬粉末的瓷舟表面)放在中心恒温区(基底为300nm-SiO2/Si、云母或硅基底)。氯化钠颗粒和铬粉末质量比为1∶10。加热前向石英管中通入500sccm高纯氩气并保持15分钟排出管内的其他气体,以确保气氛稳定的生长环境。之后氩气流量稳定在60sccm,再设置管式炉加热温度在25分钟升至850℃并在该温度和载气作用下恒温沉积10分钟。最后等管式炉自然冷却至室温后取出样品,通过显微镜观测确认三硒化二铬纳米片磁性材料沉积到基底上。制备三硒化二铬纳米片的实验装置图如图1所示,制备出的三硒化二铬纳米片的光学照片如图2(硅作为基底),光学照片显示合成的三硒化二铬呈均匀的三角形或六边形形貌,大小在20-60um之间。图3是典型的单晶胞厚度样品的原子力显微镜图片,其厚度为1.8nm。SEM元素mapping分析显示所得到的片状薄片的检测点含有Cr、Se两种元素,通过该检测可以确定该点所得Cr、Se两种元素比例为2∶3。TEM图片显示所得到的片状薄片是单晶2维结构,(110)面晶格间距分别为0.3nm。选区电子衍射结果显示片状薄片具有良好的六方晶格排列结构。图7为300nm-SiO2/Si基底上生长的三硒化二铬在3K时测试的平行磁场扫描曲线。在外磁场的作用下,具有明显的磁滞回线特性,表明该材料在该温度下具有明显的铁磁性。
实施例2
和实施例1相比,以云母为衬底,区别在于,氯化钠颗粒和铬粉末质量比为1∶10。加热前,用较大流量的氩气把石英管中的空气排干净,然后变更载气为氩气流量为60sccm,然后在氩气氛下设置中心加热温区在30分钟升到900℃,在该温度和载气作用下恒温沉积10min。在云母片上就会有单晶三硒化二铬纳米片生成。制备出的三硒化二铬纳米片的光学图如图8所示。相对于图2,在云母基底上合成的样品形貌规则,厚度较薄。
实施例3
通过机械剥离方法,利用胶带在块状晶体撕出单层二硫化坞,然后将撕好的样品转移到PDMS上。在光学显微镜下找到目标样品后,通过干法转移方法转移到特定的三硒化二铬纳米片上形成单层二硫化坞/三硒化二铬异质结,所述的三硒化二铬纳米片的厚度在10nm以下,且表面干净平整。利用圆偏振测试系统对单层硫化坞/三硒化二铬异质结进行光谱测试与分析。图10a是77K下测试的单层二硫化坞的谷极化光谱,图10b是在77K下测试的单层硫化坞/三硒化二铬异质结的谷极化光谱。对比发现单层硫化坞在异质结区域荧光淬灭,谷极化光谱呈现较大的调控。
对比例1
和实施例1相比,以硅为衬底,主要探讨较高的沉积温度的影响,具体如下:
和实施例1相比,区别在于,氯化钠颗粒和铬粉末质量比为1∶10,加热前,用较大流量的氩气把石英管中的空气排干净。然加热前,用较大流量的氩气把石英管中的空气排干净,然后变更载气为氩气流量为60sccm,然后在氩气氛下设置中心加热温区在30分钟升到950℃,在该温度和载气作用下恒温沉积10min。在硅片上就会有接近体材料的三硒化二铬生成。制备出的三硒化二铬厚片的光学图如图11所示。
对比例2
和实施例1相比,以硅为衬底,主要探讨较低的沉积温度的影响,具体如下:
和实施例1相比,区别在于,氯化钠颗粒和铬粉末质量比为1∶10,加热前,用较大流量的氩气把石英管中的空气排干净。然加热前,用较大流量的氩气把石英管中的空气排干净,然后变更载气为氩气流量为60sccm,然后在氩气氛下设置中心加热温区在30分钟升到750℃,在该温度和载气作用下恒温沉积10min。在硅片上只有颗粒状形成,没有三硒化二铬。
对比例3
和实施例1相比,以硅为衬底,主要探讨原料的影响,具体如下:
和实施例1相比,区别在于,采用CrCl2作为原料,CrCl2和Se粉的质量比为1∶1.5。加热前,用较大流量的氩气把石英管中的空气排干净。然后在Ar的流量为60sccm的气氛下加热使中心温区到850-900℃。维持该温区的温度(沉积温度),在该温度和载气作用下恒温沉积10min。在硅片上没有生成单晶三硒化二铬纳米片,硅片被严重腐蚀,光学图如图13所示。
以上所述的具体描述,对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种超薄三硒化二铬纳米片磁性材料的应用,其特征在于:
将单层过渡金属硫族化合物转移到超薄三硒化二铬纳米片磁性材料上,形成单层过渡金属硫族化合物/三硒化二铬范德华尔异质结,并将单层过渡金属硫族化合物/三硒化二铬范德华尔异质结用于能谷调控;所述单层过渡金属硫族化合物包括二硫化钨;单层二硫化钨/三硒化二铬异质结中的单层二硫化钨在低温下能谷极化值可达50%;
所述超薄三硒化二铬纳米片磁性材料,为片状结构;其中,单个片状三硒化二铬纳米片中,厚度为单个晶胞厚度~N个晶胞厚度;所述单个片状三硒化二铬纳米片的尺寸大于等于18微米;
单个片状三硒化二铬纳米片的垂直投影呈三角形或六边形;
所述N大于1且小于等于5;
所述超薄三硒化二铬纳米片磁性材料通过下述方案制备:
沉积基底包括300nm-SiO2/Si基底、硅基基底、云母中的一种;
选取硒粉放置在管式炉上游区域,选取催化剂颗粒、铬粉末按照质量比1:5-15的比例混合均匀,将混合好的催化剂、铬粉末放置在管式炉中心区域;所述催化剂选自氯化钠、溴化钠、氯化钾、溴化钾中的至少一种;
加热前向管式炉的石英管中通入100-1000sccm高纯氩气并保持10-20分钟排出管内的其他气体,以确保气氛稳定的生长环境;之后氩气流量稳定在60sccm,再设置管式炉加热温度在25-30分钟升至850-900℃并保温5-10分钟;最后等管式炉自然冷却至室温,得到三硒化二铬纳米片;
硒粉的加热温度为250-350℃,催化剂颗粒和铬粉末组成的混合粉末的加热温度为850-900℃。
2.根据权利要求1所述的一种超薄三硒化二铬纳米片磁性材料的应用,其特征在于:单个片状三硒化二铬纳米片的尺寸大于等于120微米。
3.根据权利要求1所述的一种超薄三硒化二铬纳米片磁性材料的应用,其特征在于:通过干法转移方法将单层二硫化钨转移到三硒化二铬纳米片上,形成单层二硫化钨/三硒化二铬范德华尔异质结。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011167167.9A CN113697779B (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 一种超薄三硒化二铬纳米片磁性材料及其制备和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011167167.9A CN113697779B (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 一种超薄三硒化二铬纳米片磁性材料及其制备和应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113697779A CN113697779A (zh) | 2021-11-26 |
CN113697779B true CN113697779B (zh) | 2023-07-14 |
Family
ID=78646659
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011167167.9A Active CN113697779B (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 一种超薄三硒化二铬纳米片磁性材料及其制备和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113697779B (zh) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2141398A1 (de) * | 1970-08-19 | 1972-03-02 | Hitachi Ltd | Negativwiderstandsanordnung und Verfahren zur Steuerung ihrer Betriebs eigenschaften |
WO2018231153A1 (en) * | 2017-06-16 | 2018-12-20 | Nanyang Technological University | Synthesis of atomically-thin metal dichalcogenides |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105463580B (zh) * | 2016-01-07 | 2018-05-08 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种硒化镉或硫化镉二维单晶纳米片的制备方法 |
US10062568B2 (en) * | 2016-05-13 | 2018-08-28 | Nanoco Technologies, Ltd. | Chemical vapor deposition method for fabricating two-dimensional materials |
CN106024861A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-10-12 | 天津理工大学 | 二维黑磷/过渡金属硫族化合物异质结器件及其制备方法 |
WO2018195004A1 (en) * | 2017-04-17 | 2018-10-25 | Massachusetts Institute Of Technology | Chemical vapor transport growth of two-dimensional transition-metal dichalcogenides |
CN109868454B (zh) * | 2017-12-05 | 2020-10-30 | 浙江大学 | 一种二维硫化铬材料的制备方法 |
CN109881255B (zh) * | 2019-03-15 | 2020-07-24 | 湖南大学 | 一种四方相和/或六方相一硒化钴二维材料及其制备和应用 |
CN110289345B (zh) * | 2019-06-17 | 2020-03-06 | 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 | 一种定向发射且可调控的极化激元发光器件及其制造方法 |
CN110335819B (zh) * | 2019-06-25 | 2021-04-30 | 杭州电子科技大学 | 一种二维过渡金属硫族化合物能谷极化特性的调控方法 |
CN111312593B (zh) * | 2019-11-15 | 2023-08-22 | 杭州电子科技大学 | 一种二维过渡金属硫族化合物明、暗激子的调控方法 |
CN111206283B (zh) * | 2020-02-19 | 2020-12-04 | 湖南大学 | 一种二硒化铬二维材料的制备和应用 |
-
2020
- 2020-10-27 CN CN202011167167.9A patent/CN113697779B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2141398A1 (de) * | 1970-08-19 | 1972-03-02 | Hitachi Ltd | Negativwiderstandsanordnung und Verfahren zur Steuerung ihrer Betriebs eigenschaften |
WO2018231153A1 (en) * | 2017-06-16 | 2018-12-20 | Nanyang Technological University | Synthesis of atomically-thin metal dichalcogenides |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113697779A (zh) | 2021-11-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kobayashi et al. | Bandgap-tunable lateral and vertical heterostructures based on monolayer Mo 1-x W x S 2 alloys | |
Zhang et al. | Growth and formation mechanism of c-oriented ZnO nanorod arrays deposited on glass | |
CN109650354B (zh) | 一种二维碲化铅纳米片的制备方法、应用和一种纳米材料 | |
CN108486656B (zh) | 一种碲化铌二维材料及其合成和应用 | |
CN110155959B (zh) | 二维过渡金属合金硫族化合物的限域化学气相沉积制备方法 | |
CN102161482A (zh) | 一种制备石墨烯的方法 | |
Cai et al. | Band engineering by controlling vdW epitaxy growth mode in 2D gallium chalcogenides | |
CN106558475A (zh) | 晶圆级单层二硫化钼膜及其制备方法 | |
CN114715948B (zh) | 一种化学气相沉积制备单层二硫化铼的方法 | |
CN107557757A (zh) | 一种在柔性透明衬底上化学气相沉积生长二硒化钼的方法 | |
CN107188220A (zh) | 一种二维纳米Ga2In4S9晶体材料的制备方法及产品 | |
Barman et al. | Effect of pH variation on size and structure of CdS nanocrystalline thin films | |
CN114232101A (zh) | 一种单层p型半导体相二硒化钒单晶及其盐辅助的生长方法以及其背栅场效应晶体管 | |
Abdallah et al. | Effect of etched silicon substrate on structural, morphological, and optical properties of deposited ZnO films via DC sputtering | |
CN113697779B (zh) | 一种超薄三硒化二铬纳米片磁性材料及其制备和应用 | |
Uglov et al. | Effect of explosive thermal evaporation conditions on the phase composition, crystallite orientation, electrical and magnetic properties of heteroepitaxial InSb films on semi-insulating GaAs (100) | |
Song et al. | Synthesis of large-area uniform Si 2 Te 3 thin films for p-type electronic devices | |
CN113718227B (zh) | 一类二维层状三元化合物及其制备方法 | |
Buc et al. | Analysis of magnetron sputtered boron oxide films | |
Hofmeister et al. | Structure of nanometersized silicon particles prepared by various gas phase processes | |
CN108914206B (zh) | 一种碲化镍二维材料及其制备和应用 | |
CN114411148A (zh) | 二维材料、二维材料合金以及二维材料异质结制备方法 | |
CN115287750A (zh) | 一种基于范德华外延制备二维非层状宽带隙氧化物的方法 | |
Bente et al. | Epitaxial Sn1‐xPbxS nanorods on iso‐compositional thin films | |
CN114182351A (zh) | 四方相碲化亚铜及相可控合成四方相、六方相二维碲化亚铜的方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |