💡这项突破是什么?
近日，我校材料学院/格莱特研究院富克斯教授团队与北京化工大学李晖教授合作，以表面合金化（Sb合金）的Cu(111)作为衬底，制备了新型二元二维SnSb薄膜，结合扫描隧道显微镜和理论计算，详细研究了其结构、相变过程，以及能带结构等一系列性质（ACS Nano，2020，DOI: 10.1021/acsnano.1c05583）。博士生李和平（北化工），周德春（南理工），何青原（上海交大）为论文的共同第一作者，富克斯（南理工），李晖（北化工）和牛天超（南理工）为共同通讯作者。
由主族元素组成的二元二维材料一方面极大扩充了二维材料家族的丰富性，另一方面其具有丰富的物理性质，因此有着巨大的应用潜力。在众多元素中，已知的由Sn元素与其他元素构成的二维材料，由于强自旋轨道耦合效应，往往具有许多奇特的量子性质，如铁电性，外尔半金属，铁磁性等。而由Sb元素组成的二元二维材料往往是半导体，拓扑绝缘体或者是良好的热电材料。因此，由Sn和Sb元素组成的二元二维材料有望既存在拓扑相关的性质，也具有良好的热电表现。
利用分子束外延（MBE）的方法，作者首先将Cu(111)衬底的表面合金化，使用的Sb元素过量，后续沉积的Sn原子会与过量的Sb原子结合形成SnSb薄膜。在实验中，根据实验条件的不同会出现两种相的SnSb，分别是具有黑磷结构（长方形晶胞）的R-SnSb，和具有蓝磷结构（菱形晶胞）的H-SnSb。R-SnSb往往出现在衬底温度低于350K的情况下，当退火温度高于500K时会转变为H-SnSb。
理论计算首先表明两种结构与衬底表面的结合力均较弱，这给将SnSb薄膜从衬底表面剥离提供了可能性。其次在电学性质的研究中，无支撑SnSb薄膜均为间接带隙的半导体材料，但当考虑衬底相互作用时，其半导体性被破坏。应力作用也会对SnSb薄膜的半导体性质产生影响，包括带隙的大小以及间接带隙-直接带隙的转变。
SnSb在Cu2Sb(111)合金表面上的结构与相变
该工作也是富克斯教授团队继单元素二维材料，包括磷烯（ACS Nano, 2020, DOI:10.1021/acsnano.9b09588），锑烯（Adv. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adma.201902606；Adv. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adma.201906873），铋烯（Phys. Rev. Mater., 2021, DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.5.064002），和锡烯（J. Phys. Chem. Lett., 2021, DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c03311）之后，在二元二维材料领域里的全新探索。团队表示，Sn元素可以用于制备一系列具有特殊性质的二元二维材料，而该工作为制备二元二维材料提供了新的思路，SnSb薄膜的具体性质和应用也值得进一步地从实验上去验证。
该工作得到了江苏省自然科学基金（BK20181297）、国家自然科学基金（21773005, 21935001, 11874427, 91934303）和江苏省研究生科研创新计划项目（KYCX21_0284）的支持。
文章信息：Heping Li, Dechun Zhou, Qingyuan He, Nan Si, Benwu Xin, Saiyu Bu, Qingmin Ji, Hui Li*, Harald Fuchs*, and Tianchao Niu*, Experimental Realization and Phase Engineering of a Two-Dimensional SnSb Binary Honeycomb Lattice. ACS Nano, 2021
Link: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.1c05583
