半导体所发现一种新的二维半导体材料——ReS2

　　最近，中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室由中美联合培养的博士后Sefaattin Tongay等人在吴军桥教授、李京波研究员、李树深院士的团队中，在二维ReS2 材料基础研究中取得新进展，发现ReS2 是一种新的二维半导体材料。相关成果发表在2014年2月6日的《自然-通讯》上，即Nature Communication, 2014,5, Article number:3252, doi:10.1038/ncomms4252。该论文以半导体所超晶格国家重点实验室为第一单位。

　　近年来，二维半导体材料因拥有新颖的物理性质而成为纳米科学的研究热点，除石墨烯以外，过渡金属硫属化合物(比如MoS2等二维材料)也受到了广泛的关注。这类材料由厚度仅为数个原子的二维单层堆积而成，层与层之间为范德瓦耳斯作用。在人们的传统观念中，当这类层状材料的层数逐渐减少直至单层的过程中，其电子结构和物理性质往往发生很大的改变，比如带隙宽度显著增大，间接带隙向直接带隙转变，以及晶格振动能的改变等等。该项研究发现在ReS2中，单层和多层或者体材料的物理性质几乎完全一样，体材料的ReS2就像由无耦合的ReS2单层堆积而成，从而改变了人们对二维材料的传统认识。研究表明，从体材料到单层，ReS2始终保持直接带隙，带隙值的变化非常小，并且拉曼谱也不会随层数的改变而变化。静压实验发现ReS2的光吸收谱和拉曼谱对于层间距的变化也不敏感，进一步证实了ReS2的层间退耦合。密度泛函计算显示，单层的ReS2为1T相，并且会产生佩尔斯畸变。这一畸变将会阻止ReS2的有序堆积，并将层间电子波函数的交叠最小化，从而导致层间退耦合。ReS2体材料的这种特性将使得它成为研究二维材料新奇物理性质(如二维激子效应)的一个优良的平台，而无需制备高质量的单层材料。这些成果将对二维材料的实验研究产生重要影响。这一发现丰富了人们对二维材料的认识。

　　该工作得到了国家杰出青年基金和科技部“973”项目的支持。