近日，国家纳米科学中心研究员刘新风、副研究员岳帅与北京化工大学副教授王聪组成的联合攻关团队在《纳米快报》(Nano Letters)上发表研究成果，他们宣布证实了一种同时具备高载流子迁移率与显著各向异性的新型二维半导体材料。

21年前，石墨烯的发现掀起了二维材料研究的新浪潮。其中，二维磷烯凭借独特的性能优势脱颖而出，点燃了科研界对磷基二维材料的关注。据研究人员介绍，与石墨烯不同，磷烯天然具备带隙结构，这一特性弥补了石墨烯因无带隙而在电子开关器件应用中的天然缺陷；同时，它还拥有高载流子迁移率的突出优势，为高性能电子器件、光电器件等领域的研发提供了潜在可能。

刘新风介绍，紫磷作为黑磷的另一种层状的同素异形体，具有更高的稳定性以及显著的面内各向异性，块体带隙超过1.7 eV，且带隙随厚度可调，理论预测其具有极高的双极性载流子迁移率(a轴~2800 cm2/(V?s)，b轴~390 cm2/(V?s))。然而，紫磷的各向异性的高载流子迁移率传输特性尚未通过实验验证。

具有极高载流子迁移率及较大各向异性的二维紫磷晶体。王聪 供图

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在《纳米快报》新发表的成果中，联合研究攻关团队利用一种无损、简洁，且不受样品大小和均匀性影响的光学手段（偏振瞬态吸收显微技术），测量了黑磷的同素异形体——紫磷单晶的各向异性迁移率特性，揭示了二维紫磷单晶的各向异性传输行为，阐明了紫磷中各向异性载流子传输的本征机制，验证了紫磷单晶沿a轴的双极迁移率可达到约2100 cm2/(V?s)，b轴迁移率约380 cm2/(V?s)，a轴和b轴的载流子扩散的各向异性比可达5.5:1，与理论值相符。研究人员表示，这些发现凸显了紫磷独特的高各向异性和高载流子迁移率的特性。

刘新风告诉记者，二维紫磷单晶被证实的这两大特性，结合其宽光谱响应特点，使其在复杂环境目标识别、高分辨率偏振敏感成像、突触器件等后摩尔时代集成电路中展现出极高的应用潜力。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c03034