物质学院联合团队在亚稳态二维锑烯可控生长与电学性能研究中取得进展

上海科技大学物质科学与技术学院王宏达课题组与于奕课题组合作，运用介电衬底诱导的气相外延法技术，成功制备出类黑磷结构（属A17晶相）、尺寸超过10微米的多层锑烯纳米片，并系统揭示了其独特的p型半导体特性、拉曼振动特征及其在空气中的稳定性机制。该成果近日发表于纳米科学与技术领域国际期刊ACS Nano。

黑磷烯作为典型的各向异性二维单层材料，其褶皱蜂窝结构中3p轨道沿面内锯齿方向与扶手椅方向的杂化存在显著差异，赋予其电学与热学传导各向异性，该材料早在1953年即证实具有高载流子迁移率，是一种优异的纳米电子材料。锑作为同属第Ⅴ主族元素，A17相黑锑烯具备类似的各向异性特征，其5p轨道杂化引入强自旋轨道耦合效应，理论上具有更优越的电学输运性能，被认为是未来电子与能源器件的理想候选之一。然而，由于A17相黑锑烯晶体是一种亚稳态，其可控外延生长始终面临挑战。

图1. 亚稳态A17相多层黑锑烯晶体结构。

本研究利用云母衬底的绝缘性质，弱化范德华异质界面的相互作用，验证了亚稳态A17相黑锑烯的单晶外延生长可行性。研究结合透射电镜、拉曼光谱与场效应电学测量，证实该材料在5–15层范围内仍保持优异晶体稳定性，并揭示了其价带空穴主导的电学输运机制。该工作为理解黑锑烯结构与电学性能之间的关联提供了关键实验依据，同时为第Ⅴ主族A17相电子材料的探索提供了可靠的实验研究方法。

图2. 背栅场效应器件验证多层黑锑烯的电学性能。

王宏达课题组博士生任义元、博士生张卓，以及于奕课题组博士毕业生卢愿为论文共同第一作者，博士毕业生吴楠、博士生唐银亮和于奕教授为共同作者，王宏达教授为通讯作者。研究在王宏达教授和于奕教授的共同指导下完成，上海科技大学为第一完成单位。

图3. 团队部分人员（左起：王宏达教授，博士生任义元，博士生张卓）

论文标题：Multilayer A17 Black Antimonene via van der Waals Epitaxy

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c11736