背景介绍
过渡金属硫属化合物（TMDC）是一类具有独特电子、光学和机械性质的二维材料。这些材料通常以单层或多层形式存在，由过渡金属原子（如钼、钨）与硫属元素（如硫、硒）形成。在这些材料的平面异质结结构中，具有不同晶格结构的TMDC形成具有新物理特性的界面，其中褶皱结构在TMDCs异质结中是十分常见的。这类褶皱主要是由于应力、热膨胀差异或结构匹配性的不均匀性所导致。然后这些异质结界面附近的褶皱结构可以显著影响材料的电子和光学性能，诱发局域应变，从而改变带结构并提升光电器件的性能。
因此，通过理论计算从原子角度去研究这些褶皱结构有助于开发新型电子和光学器件，推动纳米科技和材料科学的发展。
成果简介
对于超薄二维 (2D) 材料和横向异质结，实验中经常可以观察到褶皱结构的形成，但相关的深入研究十分有限，尤其是它们与不同材料性质的关联性。针对该挑战，香港理工大学黄勃龙课题组与北京纳米能源与系统研究所的王中林院士合作，从理论角度系统地探索了具有褶皱结构的过渡金属二硫属化物 (TMDC)横向异质结。该工作基于类费米分布将褶皱的形成能定量划分为初始弹性应变阶段和断裂阈值阶段。电子结构表明，褶皱的形成伴随着电子从平坦表面不断向到褶皱区域的积累。通过比较异质结中的单侧、衰减和双边褶皱结构，该工作确认了能量的类费米分布在不同褶皱结构中的有效性，其中热力学和电子结构都会受褶皱所带来的不均匀应变的调控。材料的光学性质的主要特征吸收峰不变，但对褶皱带来的应变的敏感性有所不同。更重要的是，声子谱的计算进一步证明了褶皱在促进热导率方面的潜力，主要与材料结构中阴离子振动的光学分支有着很强的关联。该工作为基于TMDC异质结的高性能光电器件设计和优化提供了重要的理论指导。
图文导读
图1研究Armchair和Zigzag形褶皱的能量与不断增加的褶皱高度之间的相关性。
作者简介
黄勃龙教授2007年本科毕业于北京大学物理系，同年前往剑桥大学从事材料理论研究，并于2012年获得博士学位。2012-2015年，黄勃龙教授先后于北京大学、香港城市大学和香港理工大学开展博士后的相关研究，并于2015年入职香港理工大学，目前担任应用生物及化学科技学系副教授与碳战略催化研究中心主任。黄勃龙教授的研究方向主要为纳米材料、能源材料、固体功能材料和稀土材料的电子态性质，以及这些材料在纳米表界面、多尺度下的能源转换应用。目前黄勃龙教授共发表SCI论文331篇，包括Nature, Science, Nat. Syn., Sci. Adv., Energy Environ. Sci., J. Am. Chem. Soc., Chem. Soc. Rev., Nat. Commun., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Angew. Chem. Int. Ed.等国内外顶级杂志，其中第一/共同第一/通讯作者文章279篇，H-index为89，文章引用次数超过26000次, 并多次被选为封面推荐文章。黄勃龙教授入选2022-2023年科睿唯安全球高被引学者，2022-2023年斯坦福大学评选的全球Top2%高被引科学家等，担任《Battery Energy》、《Frontiers in Chemistry》副主编，《JACS Au》、《Inorganic Chemistry Frontiers》、《Nano Research》、《电化学》、《中国稀土学报》、《稀有金属》、《稀土》的青年编辑或编委，承担国家自然科学基金委青年基金、面上计划、基金委与香港研究资助局联合科研资助基金、香港研究资助局优配基金等项目, 并作为项目骨干参与“十四五”国家重点研发计划等项目。此外，黄勃龙教授40余次受邀在国内国际重要学术会议上做邀请或主旨报告，并为多个高影响力期刊如Nat. Phys., Nat. Commun., Chem. Soc. Rev., Joule, Matter, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Catal., Nano Energy, Energy Environ. Sci.等担任特邀审稿人。
王中林教授，中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长，中国科学院大学纳米科学与技术学院院长、讲席教授，佐治亚理工学院终身校董事讲席教授。中科院外籍院士、欧洲科学院院士、加拿大工程院外籍院士。王中林院士是国际公认的纳米能源研究领域奠基人，首次将纳米能源定义为“新时代的能源”，将分布式能源定义为“高熵能源”，开创了压电电子学和压电光电子学研究的领域，对物联网、传感网络、医学健康、穿戴式/柔性电子学、安全防护、LED、光伏电池等技术的发展具有里程碑意义。凭借在微纳能源和自驱动系统领域的开创性成就，荣获2015年汤森路透引文桂冠奖、2014年美国物理学会James C. McGroddy新材料奖、2011年美国材料学会奖章(MRS Medal)，2013年中华人民共和国科技合作奖，2018年世界能源领域的最高奖项——“埃尼奖”，并斩获2019年“阿尔伯特-爱因斯坦世界科学奖”，成为首位获此殊荣的华人科学家。王中林院士在国际一流刊物发表期刊论文2100余篇（其中13篇发表于Science，7篇发表于Nature，65篇发表在相应子刊上），200余项专利，7部专著和20余本编辑书籍和会议文集。受邀做过1000余次学术讲演和大会特邀报告，是国际纳米能源领域著名期刊Nano Energy的创刊者与现任主编。截止到2022年11月1日，google学术论文引用35万次以上，h因子（h-index）287。全球材料科学总引用数和h指数排名世界第一; 世界横跨所有领域前10万科学家终身科学影响力综合排名第3位，其中2019年和2020年年度排名第1位。
文章信息
Yu H, Sun M, Wu X, et al. Decoding ripple formation in single-layer transition metal chalcogenide lateral heterojunctions towards novel optoelectronic properties. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907091.
识别二维码或点击左下角“阅读原文”可访问全文
关注B站、视频号、官网，获取更多精彩！
B站
视频号
官网
