中山大学材料学院王成新教授

tianliang

二维层状非范德华铋氧硫族化合物 (Bi2O2X, X = S, Se, Te)具有良好的环境稳定性、高载流子迁移率和丰富的物理性质，近年来受到广泛关注。其中，Bi2O2Se二维结构首先被成功制备；随后，光电探测，场效应晶体管等物性先进器件相继被报道；简单热氧化工艺即可大面积原位生成单晶高k层，兼容目前主流的半导体微纳加工工艺，使该材料在微电子、光电子和平面集成纳米系统等众多领域具有了广阔前景。这些进展也使人们对Bi2O2X家族其它成员，如Bi2O2Te，产生浓厚兴趣。据理论预测，除了高载流子迁移率和极低的晶格热导率，Bi2O2Te还可能具有与Bi2O2Se不同的特殊性质，如，非常窄的带隙(~0.15 eV)和由于Te原子偏离Bi立方六面体晶格而具有的本征面外铁电性。但由于二维Bi2O2Te结构生长的热力学、动力学窗口很窄，多年来制备高质量产品一直是一个瓶颈，对Bi2O2Te物性的研究多停留在理论层面。
        近期中山大学材料科学与工程学院王成新教授/孙勇副教授研究团队在前期Bi2O2Se研究工作的基础上（Small Methods, DOI：10.1002/smtd.202200347），采用低压化学气相沉积方法，首次制备了高质量的二维Bi2O2Te纳米片和大面积晶体薄膜。霍尔器件测试表明，在低温和9 T磁场下Bi2O2Te纳米片呈现非常大的非饱和各向异性磁阻（~1133%）和Shubnikov−de Haas (SdH)量子震荡现象。更有趣的是，通过压电响应力显微镜(PFM)测量，揭示了Bi2O2Te纳米片中的室温面外铁电性，验证了理论预测的准确性，为有限的二维铁电体家族增添一位新成员。更难能可贵的是，该材料同时具备了高磁阻和室温铁电性（窄带隙半导体较难实现铁电性）。这些成果说明，作为具有高载流子迁移率和高磁阻的超窄带隙二维铁电半导体，Bi2O2Te有望在低能耗器件、红外光能量采集/转换等方面具有潜在应用价值。

图1 二维Bi2O2Te纳米片的制备以及相关物性研究。（a）纳米片；（b）薄膜; (c) 光刻工艺形成的有序阵列；（d）高分辨透射电镜表征；（e）不同温度下磁阻测试；（d）各向异性磁阻；（g）面外铁电性。

         相关研究以“Coexistence of Anisotropic Large Magnetoresistance and Ferroelectricity in Two-Dimensional Narrow-Bandgap Bi2O2Te”为题发表在ACS旗下期刊ACS Nano上（https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c09997）。三个评审人均给出小修后接收的意见，从投稿到在线发表用时1个月，博士研究生邹晓彬为论文的第一作者，王成新教授及孙勇副教授为共同通讯作者。中山大学材料科学与工程学院为论文唯一完成单位。该研究工作受到国家自然科学基金、广东省自然科学基金的大力支持。