北京
二維材料憑借原子級厚度和獨特電子結構，在新型電子器件、量子器件和低維功能材料等領域展現出廣闊應用前景。然而，二維材料的器件應用往往受限于與金屬電極之間的接觸界面，存在界面原子結構不清晰、接觸電阻高以及電子注入效率不足等問題，顯著影響二維器件性能。如何構筑結構明確、耦合穩定的二維材料/金屬橫向界面，是低維材料研究中的重要科學問題。硼烯作為近年來快速發展的二維材料，相比石墨烯，具有更豐富的結構多態性、更強的金屬性和更靈活的成鍵方式，為構筑新型二維材料/金屬界面提供了獨特平臺。但硼烯與金屬電極之間如何作用、金屬原子是否參與界面形成、界面又如何影響電子行為，仍缺乏清晰的原子尺度認識。
近日，中國科學院物理研究所陳嵐研究員團隊與南開大學胡振芃教授團隊展開合作，采用分子束外延方法，通過控制金屬銀表面硼烯的生長條件，在相鄰硼烯疇區之間精準構筑了一維硼烯—銀金屬橫向界面。掃描隧道顯微鏡和掃描隧道譜的原子尺度表征發現，這些橫向界面能夠穩定存在，并呈現出沿特定晶向延伸的明亮線狀結構。研究團隊通過第一性原理計算解析了界面的原子結構和電子性質，確認明亮線狀結構來源于一維硼烯/銀金屬橫向界面。銀鏈的引入重塑了界面區域的原子排布和局域電子態，與鄰近硼原子之間形成了具有極性特征的共價鍵，由此產生的電荷轉移和軌道耦合，一方面有助于穩定硼烯/銀橫向界面，另一方面能夠降低局域接觸勢壘，使該界面呈現出類似歐姆接觸的特征。研究團隊進一步提出了“襯底誘導—應力驅動”的界面形成機制。由于硼烯與銀襯底之間存在晶格失配，局域應力促使銀原子進入硼烯邊界區域，并形成穩定的一維銀鏈。這一機制不僅解釋了實驗中不同界面結構的形成，也揭示了金屬襯底原子參與二維材料外延生長和界面構筑的新方式。
圖 在Ag(111)表面制備的四類一維硼烯—銀金屬橫向界面
該工作實現了一維硼烯/銀金屬橫向界面的構筑，并從原子尺度揭示了其結構、成鍵特征和電子耦合機制。研究結果為理解二維材料與金屬電極之間的接觸行為提供了新的物理圖像，也為解決二維器件中界面耦合和電子有效注入問題提供了新的思路。未來，通過調控襯底、界面應力和原子排列方式，有望進一步構筑特定的二維材料/金屬界面，為低阻接觸、混維異質結構和新型低維功能器件的設計提供基礎。
該工作由中國科學院物理研究所、南開大學和山東農業大學等單位合作完成，相關研究成果以“Substrate-Induced One-Dimensional Borophene-Silver Hybridization”為題發表在《Journal of the American Chemical Society》上。中國科學院物理研究所陳嵐研究員和南開大學胡振芃教授為共同通訊作者，高乾博士與黎文彬博士為共同第一作者。相關工作獲得了科技部、國家自然科學基金、中國科學院項目等的支持。
來源：表界面
原標題：JACS: 一維硼烯-銀金屬界面的構筑與特性研究
編輯：LogicMoriaty
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