顶刊动态丨ACS Nano期刊电子材料学术进展汇总（4.21-5.3）
本期导读：
今天电子电工材料周报组邀您一起来看看ACS Nano期刊电子材料领域最新的研究进展。本期内容预览：双层异质结中的晶格错配主导机械可调热导率；量子阱结构的压电光电效应；像素化，多彩量子点发光二极管的多层转移印刷；石墨烯——可调节各向同性和各向异性的等离子体超颖表面材料；过渡金属硫化物单层薄片的电场辅助直接组装；单层MoS2的光化学反应机理解析；高响应、高探测率、超快响应速度的拓扑绝缘体Bi2Se3/Si异质结宽带光电探测器；从纳米电机到微米电机：电机尺寸对其运动的影响。
1. ACS Nano：双层异质结中的晶格错配主导机械可调热导率
石墨烯的-MoS2异质结的分子模型
由2维材料连接组装成的异质结构可为具有前所未有的功能的新兴器件提供一个独特的平台。单层二维材料往往没有异质结构那些特殊的性能，主要是因为这些性能往往是由层与层之间的固有的晶格错配产生的。
通过采用非平衡态分子动力学模拟，弗吉尼亚大学机械与航天工程系研究者发现，由于晶格错配，石墨烯——二硫化钼双层异质结中的声子热传输减少，但是当存在外部应力时，这种现象可以缓解。对片层的力学分析表明，外部的张力可以缓解晶格错配引起的变形。声子谱也由于外部张力发生了软化，频率从高到低发生了巨大的转变。并且，他们提出了一个普遍的理论，可以定量地预测晶格错配对各种双层异质结的热导率的作用，并且，该理论可以和模拟很好地匹配。
文献链接：Lattice Mismatch Dominant Yet Mechanically Tunable Thermal Conductivity in Bilayer Heterostructures
2. ACS Nano：量子阱结构的压电光电效应
随着光电器件性能的提高，压电光电领域备受关注，并且已经报道了一些基于半经典模型的理论著作。目前，光电子器件的特征尺寸迅速缩小至几十个纳米，这就导致了量子限制效应。
最近，中国科学院北京纳米能源与系统研究所等研究人员根据基本的压电方程，薛定谔方程，泊松方程，和费米黄金定则提出了一个理论模型，用来研究量子力学中微扰理论框架的压电光电效应。通过对单个GaN/InGaN量子阱和多个GaN/InGaN量子阱光致发光的检测，很好地证明了该模型的有效性和普遍性。这项研究可以加深我们对纳米级压电光电器件工作原理的理解，以及对未来的设备设计提供指导。
文献链接：Piezo-Phototronic Effect in a Quantum Well Structure
3、ACS Nano：像素化，多彩量子点发光二极管的多层转移印刷
化学合成的胶体半导体量子点（QDs）由于其独特的性质可以大量应用于在电子和光电子应用领域。量子点发光二极管作为发光层，其性能快速发展，可以与有机发光二极管的效率相媲美。
Bong Hoon Kim等人通过制备多层堆叠的量子点薄膜（QDs）来调整电荷传输层和量子点发光二极管不同颜色发光层之间的能带排列，从而最大效率地操作全色彩。通过转移印刷获得的量子点发光二极管的性能可以和通过自旋铸造的常规器件相媲美。结果表明，ZnO和TiO2分别作为红色，绿色/蓝色的量子点发光二极管电子传输层（ETLS）可以很好得发挥作用。
文献链接：Multilayer Transfer Printing for Pixelated, Multicolor Quantum Dot Light-Emitting Diodes
4、ACS Nano：石墨烯——可调节各向同性和各向异性的等离子体超颖表面材料
周期调整石墨烯超颖表面
超颖表面材料是超材料的一种，与电磁波相互作用时常表现出一些超常特性。相对等离子体常用的贵金属，石墨烯具有低的载流子浓度，因此，石墨烯等离子体具有相对长的寿命，并且出现频率较低。此外，处于太赫兹波段的石墨烯的损失比较少，再加上可调节的特性，使石墨烯非常适合在太赫兹波段进行等离子体超颖表面设计。
帝国理工学院物理系布莱克特实验室的研究人员研究了石墨烯作为等离子体超表面在太赫兹波段控制电磁波。与以往专注于图案化的石墨烯研究不同，他们采用的是连续的石墨烯薄片的周期性调节掺杂。由于石墨烯独特的光学性质导致了电调谐等离子体，从而可以让我们在太赫兹波段的控制电磁能量。
文献链接：Graphene as a Tunable Anisotropic or Isotropic Plasmonic Metasurface
5、ACS Nano: 过渡金属硫化物单层薄片的电场辅助直接组装
为了探索过渡金属硫化物（TMDs）在大规模微纳器件方面的应用，科学家制备出TMDs晶体后，需要将TMDs从生长衬底上转移到其他衬底上。目前的转移方法分为湿法转移和干法转移，两种方法的区别在于是否在溶液中转移。在过渡层(例如PMMA)的协助下，湿法转移可以实现大量的TMDs薄片同时从生长衬底转移到目标衬底，不足之处在于湿法转移不能精确控制薄片的位置和方向，极大地限制了该方法的推广应用。
近日，宾尼法尼亚大学的科学家研究了一种电场辅助精确定位组装TMDs薄片的方法，在电场辅助调控下，溶液悬浮的单层WS2薄片在衬底上实现可控定位。他们设计了一种光刻限定交叉引导电极结构，可以产生非均匀电场，可控引导三角形纳米薄片定位。
文献链接：Electric-Field-Assisted Directed Assembly of Transition Metal Dichalcogenide Monolayer Sheets
6、ACS Nano: 单层MoS2的光化学反应机理解析
室温条件下对二硫化钼/石英进行激光照射的示意图
单层MoS2具有强烈的光致发光（PL）特性，在光电器件领域有着潜在的应用价值。由于所有的原子均暴露在环境中，MoS2的光学性质很容易受到环境的影响，因此，研究影响MoS2光学性质的因素是很有必要的。目前，科学家已经知道，晶体缺陷，低温退火和等离子辐射对MoS2的PL强度有很大影响。但是，MoS2的内在PL影响机理还是不太清楚。
近日，韩国成均馆大学的科学家利用激光辐射对不同环境下的单层MoS2的光学性质进行调制研究。单层MoS2的PL强度随着不同激光辐射时间产生了不同的响应：（1）初期，由于缓慢的光氧化，物理吸附的气体分子使得PL强度逐渐增加；（2）中期，由于快速的光氧化，化学吸附的气体分子使得PL强度快速增加；（3）后期，晶体结构发生退化，使得PL强度被抑制。真空环境下的重复实验进一步验证了氧化的影响，PL强度被抑制是由于晶体结构受损，而非含氧官能团的影响。这项工作证实了吸附在单层MoS2的含氧官能团是PL增强的主要原因。
7、ACS Nano: 高响应、高探测率、超快响应速度的拓扑绝缘体Bi2Se3/Si异质结宽带光电探测器
拓扑绝缘体Bi2Se3/Si异质结的表征
拓扑绝缘体作为一种新型的量子态，在新一代电子和光电子器件中具有广阔的应用前景。这些应用的实现依赖于高质量拓扑绝缘体的制备和以及对性能的理解，但是现在主要的制备方法，如分子束外延，成本很高。
苏州功能纳米与软物质研究所等的研究人员在硅晶片范德瓦尔斯外延生长获得Bi2Se3薄膜，成功制备出高质量的拓扑绝缘体Bi2Se3/Si 异质结。薄膜的生长采用的是简单的，低成本的物理气相沉积（PVD）方法。并且，Bi2Se3 /Si异质结在光照下具有二极管特性有明显的响应。Bi2Se3/Si 界面大大促进光生载流子的分离和传输，使探测器具有高光响应度、高探测率，和快速的接近微秒的响应速度。此外，该光电探测器还具有从紫外线到光通信波长的宽带探测范围。由于简单的器件结构和硅技术的兼容性，拓扑绝缘体Bi2Se3/Si 异质结可应用于制备高性能的电子和光电器件 。
8、ACS Nano: 可控制畴壁运动的调制磁性纳米线：向三维磁记忆迈进
在理论上，圆柱形磁性纳米线可以实现高畴壁运动速度以及在高度密集的阵列上进行高效率的制造，从而，它有望应用于制备下一代数据存储设备。而为了控制畴壁运动，可靠和明确的钉扎点是十分重要的。
阿卜杜拉国王科技大学的研究人员发现，由交替镍和钴制备的调制纳米线可以高效地把畴壁钉扎在两者的界面。结合电子全息与微磁模拟，可以通过在界面和畴壁产生的杂散磁场的相互作用来解释这种钉扎作用。利用改进的差分相位对比成像，研究人员可以看到高分辨率钉扎的畴壁图像，并且揭示了其三维涡结构，先前预测的布洛赫点就是其中心。这些研究结果表明了调制纳米线在高密度，三维数据存储设备发展上的巨大潜力。
文献链接：Modulated Magnetic Nanowires for Controlling Domain Wall Motion: Toward 3D Magnetic Memories
9、ACS Nano: 过渡金属硫化物膜的生长机理：自发富勒烯核作用
石墨烯的-MoS2异质结的分子模型
由于其独特的光电性能和制备下一代设备的潜力，自从几年前第一次观察到单层MoS2开始，过渡金属硫化物（TMDs）就引起了人们极大的兴趣。它的制备方法也从最开始的机械剥离发展到现在的可以直接大面积地生长出来。化学气相沉积（CVD）就是应用最广泛的一种技术，它基于过渡金属氧化物前驱体的硫化，可获得质量优异的单层。然而，在沉积过程中发生的成核和生长机制的细节却鲜为人知。
Jeffrey D. Cain等人研究了成核中心或着说单层TMDS生长的“种子”。他们通过像差校正扫描透射电子显微镜分析结构以及MoS2-MoSe2合金CVD生长时出现的核心。研究表明，单层生长在名义上以氧硫化物纳米颗粒作为异质形核。氧硫化物纳米颗粒通常存在与类似富勒烯的TMD壳中。利用这些信息，他们提出了逐步形核和单层TMDs的生长机制。了解这一机制可为二维材料，异质结和相关的配合物的合成提供精确的控制方式。
10、ACS Nano:石墨烯上摩擦滞后的产生机制
在纳米尺度上分析材料的摩擦行为，在加载和卸载后，常会伴随着摩擦滞后的出现。在卸载过程中，较加载时将会探测到更大的摩擦力。影响摩擦滞后现象的因素可能是温度、湿度、加载率、材料与聚合物的接触面等等。对不同的材料，产生摩擦滞后的机制也有待研究。
来自美国加州大学默塞德分校、加拿大卡尔加里大学及韩国成均馆大学的研究者们利用原子力显微镜探测并分析了石墨烯在经加载及卸载后，产生摩擦力滞后现象的缘由。研究表明，当水与石墨烯接触时，会产生明显的摩擦滞后现象，接触面的尺寸对摩擦滞后的程度会产生很大影响。而对其他状态，如石墨烯薄膜发生离面位移或水分子处于材料剪切面时，则与摩擦滞后现象不太相关。
文献链接：Load-Dependent Friction Hysteresis on Graphene
11、ACS Nano:从纳米电机到微米电机：电机尺寸对其运动的影响
制备的四种类型微/纳米管的SEM图像
合成的纳米和微电机的自主运动是纳米科技的前沿。虽然现在已经可以制备不同粒径的纳米和微电机，但它们的尺寸对运动的影响缺乏系统的研究。
新加坡南洋理工大学的研究人员通过发动机模板辅助电沉积合成了不同尺寸的管状微/纳米电机。研究表明，几何参数和化学环境都可以影响微/纳米管的动力。不同大小的微/纳米管之间的研究比较表明，几何参数会影响微/碳纳米管的在较低中等燃料浓度下的速度，并在非常高的燃料浓度下限制的它速度。具有纳米级孔的纳米管需要较高浓度的过氧化氢来激活。较大的管比较小的管可以拥有更高速度。这项研究对管状微/纳米发动机的制造有着重要意义。
本期内容由材料人电子电工材料学习小组灵寸，风之翼，大黑天等人编写。材料牛编辑整理。
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