顶刊动态丨Nature Materials/Advanced Materials/Nano Letters等期刊电子材料学术进展汇总（电子周报160705期）

本期导读：
今天电子电工材料周报组邀您一起来看看Nature Materials/Nature Communications/Advanced Materials/Nano Letters/ACS Nano等期刊电子材料领域最新的研究进展。本期内容预览：石墨烯/ EUS异质结界面强交换场；垂直导电MoS2螺旋塔；二维α-Mo2C的超导晶体独特的域结构；使用电子纺织品制造可穿戴式发电机；基于高介电常数材料的电致发光显示器；电控光学超材料；具有高增益的黑磷中红外探测器；高效可见准二维钙钛矿型发光二极管。

1、Nature Materials：石墨烯/ EUS异质结界面强交换场

图1 石墨烯/EuS异质结构的合成和表征

磁性多层膜中的磁交换场（MEF）可以达到几十甚至几百特斯拉。单原子层（二维）的材料，如石墨烯、单层WS2等，在具有短程磁交换耦合的磁性绝缘体的异质结中将会遭受到强大的磁交换场（MEF）。二维材料/磁绝缘体异质结构使得磁性栅极对局域自旋进行调制成为可能，并实现了自旋电子器件中的有效自旋产生。

麻省理工学院的Peng Wei（通讯作者）和IBM Thomas J. Watson研究中心的Ching-Tzu Chen（通讯作者）采用石墨烯作为一个典型的二维系统，发现该模型的耦合磁绝缘体（EuS）产生强烈的磁交换场（MEF）（> 14T），甚至有可能达到几百特斯拉。此外，狄拉克电子从强烈的MEF中形成的新铁磁基态可能发生自旋极化边缘传输的量子化。该石墨烯/EuS器件中的MEF效应为未来的未来的自旋逻辑和存储器件提供了关键功能。

文献链接：Strong interfacial exchange field in the graphene/EuS heterostructure（Nature Materials，2016，DOI: 10.1038/NMAT4603）

2、Advanced Materials：垂直导电MoS2螺旋塔

图2 位错驱动CVD生长的MoS2螺旋塔

作为一种通用的材料生长方法，位错驱动晶须、纳米线、纳米管或纳米片进行生长是十分著名的。同时，在半导体薄膜中普遍存在的螺位错，对横向电子输运会产生散射，但并不影响垂直方向的电子输运。

韩国成均馆大学的Jiong Zhao（通讯作者）和Young Hee Lee（通讯作者）制备了高度各向异性范德瓦尔斯（vdW）层状二硫化钼材料，通过位错驱动生长的螺旋金字塔相对于平常的MoS2晶体片具有更强的垂直电导率。透射电子显微镜（TEM）衍射衬度图像显示了特有的菱形堆叠顺序、混合边缘和螺旋位错的螺旋特性以及埋藏的台阶。该研究表明，范德华层状材料螺旋结构确实可以通过螺旋位错输运螺旋电流，有希望用于未来的应用上，如超小的高效电感。

文献链接：Vertically Conductive MoS2 Spiral Pyramid（Advanced Materials，2016，DOI: 10.1002/adma.201602328）

3、Nano Letters：二维α-Mo2C的超导晶体独特的域结构

图3 在具有六边形旋转对称性的2Dα-Mo2C晶体域

二维材料，如石墨烯、单层六方氮化硼和过渡金属硫化物已经吸引了越来越多的关注。化学气相沉积（化学气相沉积）被广泛用于生长大面积高质量的二维材料，这些二维材料在电子和光电子领域有广阔的应用前景。然而，最近的研究表明，CVD生长大面积的二维材料是由许多域组成，域边界对如载流子迁移率、电导率、机械强度、导热系数、和光致发光等方面的性能有着显著的影响。

中国科学院金属研究所的Xiu-Liang Ma（通讯作者）和Wencai Ren（通讯作者）利用原子分辨率的扫描透射电子显微镜结合大型衍射过滤成像来研究化学气相沉积高质量2Dα- Mo2C超导晶体的微结构，包括三角形、矩形、六角形、八角形、九边形和十二边形。其研究结果提供了对于二维过渡金属碳化物的微观结构以及二维超导电性的域边界内在影响的新理解。

文献链接：Unique Domain Structure of Two-Dimensional α‑Mo2C Superconducting Crystals（Nano Letters，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01265）

4、ACS Nano：使用电子纺织品制造可穿戴式发电机

图4 a）为发电机的光学显微图，b）为局部放大图，c）为发电机示意图

可穿戴电子设备以其灵活性和可穿戴性引起了科学界和商业界的极大兴趣。可是，当电子设备与可穿戴系统相融合之后，可靠的、绿色的能源供给就成了首要问题。在全球能源危机的背景下，可穿戴的自供给能源就成为了解决这一问题的主要方法。

近日，韩国汉阳大学的研究人员Tae Whan Kim（通讯作者）和福州大学的Fushan Li（通讯作者）设计了一种可穿戴的发电机。纺织物/银/石墨烯core−shell结构增加了电子织物的导电性，促进了发电的电子织物与人们的衣服的兼容性。其制备工艺使得智能电子织物的合成过程中对环境污染很小。合成的智能纤维具有极好的导电性、伸缩性、可折叠性、柔性以及透明性。基于该电子织物制成的摩擦发电机可以将低频摩擦转换为一定的电能输出。

文献链接：Wearable Electricity Generators Fabricated Utilizing Transparent Electronic Textiles Based on Polyester/Ag Nanowires/Graphene Core–Shell Nanocomposites（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.5b08137）

5、Advanced Materials：基于高介电常数材料的电致发光显示器

图5 a）频率相关介电常数，b）EL-PDMS与EL-BaTiO3-PDMS亮度的不同，c）亮度与电压的关系，d）ACEL显示器元件在应变下的显示照片，e）相对发射强度、相对发射总量以及相对面积与应变的函数关系，f）20%-50%应变下的相对发射强度，g）ACEL显示器双向拉伸至50%下的图像

结合电子与光电耦合功能显示器的柔软和可伸展性是一个极具挑战的问题。显示器可伸缩并且弯曲以及反复折叠，这样的显示器才可以用在可穿戴设备上。而现行的大多数显示器不能够变形以适应变形设施。

瑞士苏黎世联邦理工大学的Klas Tybrandt（通讯作者）经过研究，在EL材料中加入高介电粒子使得ACEL显示器的伸缩亮度提高了700%。该显示器可在室内照明条件下使用，其可以卷起来也可以放在曲面上以及放置在一支笔大小的空间中。

文献链接：Bright Stretchable Alternating Current Electroluminescent Displays Based on High Permittivity Composites（Advanced Materials，2016，DOI: 10.1002/adma.201602083）

6、Nature Communications：电控光学超材料

图6 一种超材料LED

15年前出现的超材料为操纵电磁波提供了一些非凡的新方法。然而，在这一领域的进展出现了一些困难，特别是当应用于人工媒质时。比如说光学超材料，在较低的频率下，相比其他材料，不能与其他功能很好地兼容。要把它应用于器件，一个很大的障碍就是：光学材料的由光而不是电来控制，从而不能被集成在大型电子系统中。

法国巴黎十一大和巴黎-萨克雷大学的Aloyse Degiron（通讯作者）等人通过杂交金属纳米包裹体与胶体量子点获得电致发光超材料。实验表明，这种材料的每一个微型块都可以单独调整，从而表现出独立的光电性能（包括电学性能，偏振，颜色和亮度等等）。此外，他们还通过编织复杂的发光表面表现了这种材料的性能，其将有助于显示器和传感器的发展。

文献链接：Electrically driven optical metamaterials（Nature Communications，2016，DOI:10.1038/ncomms12017）

7、Nano Letters：具有高增益的黑磷中红外探测器

图7 采用四电极的黑磷场效应晶体管

最近，由于其合适的带隙，高载流子迁移率，与不同的基板的良好相容性，黑磷（BP）已经成为二维材料家族作为光子应用一个有前途的候选者。黑磷光子器件作为光电探测器已经研究了很多，但是，与其他层状材料相比，其在中红外波长范围内独特的潜力尚未报道。

耶鲁大学的Fengnian Xia（通讯作者）等人通过实验表明BP中红外探测器在3.39μm具有高增益，可产生82 A / W的外部响应。噪声测量显示BP探测器能够在皮瓦范围检测中红外光源外部响应。此外，因为BP合适的带隙产生快速的载流子迁移，其在千赫的调制频率下仍然具有高响应。由于在中红外波段的高响应和大的动态带宽，再加上低晶体对称性引起的独特偏振响应，这种黑磷探测器可以应用于光子器件，如芯片尺度的中红外感应以及低光照水平下的成像。

文献链接：Black Phosphorus Mid-Infrared Photodetectors with High Gain（Nano Letters，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b01977）

8、Advanced Materials：高效可见准二维钙钛矿型发光二极管

图8 高效准2D结构钙钛矿型发光二极管

有机/无机混合钙钛矿（以下称为钙钛矿）是用于发光二极管（LED）具有诸多优点的发光材料。有机/无机混合钙钛矿型发光二极管（PeLEDs）由于其窄的光谱宽度（半峰全宽（FWHM）≈20 nm）可提供宽阔的色彩范围。钙钛矿可以利用低成本材料进行溶液加工制得，它们的发光颜色可以很容易的通过改变卤化物的成分进行调整。

韩国浦项科技大学的Tae-Woo Lee（通讯作者）研究如何提高钙钛矿薄膜的发光性能以及采用准二维结构的PeLEDs效率。该研究小组通过混合PEA溴化铅（（C6H5C2H4NH3）2PbBr4，（PEA）2PbBr4）与MAPbBr3来制备准二维钙钛矿，这反过来又引出了以简单装置高效率溶液制备绿色PeLEDs的方法。研究结果表明可见光发射准二维钙钛矿材料，而不是纯粹的3D和2D钙钛矿材料，是具有前途的方向，可以实现高效率的可见PeLEDs。

文献链接：Efficient Visible Quasi-2D Perovskite Light-Emitting Diodes（Advanced Materials，2016，DOI: 10.1002/adma.201601369）

本期内容由材料人电子电工材料学习小组天行健、树苗、风之翼供稿，材料牛编辑整理。

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