近日，上海科技大学物质科学与技术学院纪清清课题组将偏振分辨二次谐波（SHG）表征与场效应晶体管测试相结合，在单根二硫化钼（MoS2）纳米卷尺度上建立了手性与电荷输运性能的直接对应，发现手性角与开态电流、迁移率等电学指标密切相关。相关成果发表于国际学术期刊《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)。
将原子级厚度的二维半导体薄片卷起，由卷曲取向引出的手性为调控低维材料电学性质提供了独特的结构自由度；然而纳米卷中多重卷壁、局域曲率、应变与层间耦合交织，手性的作用难以单独辨识。基于课题组前期高轴向均匀性硫化钼纳米卷制备与多级存储研究，团队以化学气相沉积生长的单层MoS2为起始材料，利用溶剂蒸发驱动其卷曲。在1064nm激光激发下，纳米卷产生约532nm的二次谐波，强度比相邻单层区域高近两个数量级，且随卷轴取向沿扶手椅或锯齿方向的不同而显著变化，为读取晶格取向提供了切入点。针对上下相对卷壁信号相干叠加的复杂性，本研究构建了统一的手性敏感相干叠加模型，纳入相位差、几何各向异性与应变的影响，从24根纳米卷提取手性参数，其中19根的结果与常规方法相差不超过3°。
团队进而将10根纳米卷制成背栅场效应晶体管，并在同一根纳米卷上完成SHG表征，确保结构与电学数据同源。对7个有效器件的分析显示，手性角绝对值越大，开态电流与场效应迁移率越低，Spearman相关系数分别为−0.99和−0.83；控制应变相关参数后，手性与迁移率的偏相关系数仍为−0.78。关态电流则不依赖手性，而随可反映卷绕厚度的SHG强度比上升，与多圈卷层增强内部静电屏蔽的解释相一致。
图注：MoS2纳米卷晶体管的电学表征与构效关系
该工作建立了在单根纳米卷尺度上关联光学手性与电学输运的研究方法，为理解卷曲二维半导体的构效关系提供了新的实验依据，也为通过结构调控设计手性纳电子器件提供了思路。
上海科技大学物质学院博士研究生裘元园、胡飞，硕士研究生陈旻为共同第一作者，纪清清教授为唯一通讯作者。北京大学张艳锋教授，上海科技大学李军教授、曹克诚教授等参与合作研究。
论文名称：Chirality-Dependent Electrical Characteristics of MoS2 Nanoscroll Transistors
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