一种锑烯二维原子晶体材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种锑烯二维原子晶体材料及其制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术：

二维原子晶体材料因其单原子厚度的平面晶体结构，丰富和独特的物理，化学特性以及潜在的巨大应用价值成为近年来世界科技界的研究热点。其中，石墨烯自2004年被成功剥离后成为新型二维原子晶体材料的焦点和代表。

石墨烯表现出来的一系列奇特的电子和物理特性，如高迁移率、高导电性、高光透率等，在微电子学器件、高效转换电池、透明导电膜等领域有着广泛的应用前景。石墨烯的研究热潮激发了人们对其他新型二维原子晶体材料(非碳基、类石墨烯结构)的探索和研究热情。近年来，相继从理论证明和实验上获得了其他类石墨烯结构的二维晶体材料，如硅烯，锗烯，氮化硼，二硫化钼等都表现出了许多优异的物理特性，不断丰富二维原子晶体材料体系。

锑烯，作为石墨烯的锑基对应物，已有理论预言其存在的可能性和类似于石墨烯的优异性能。此外，它还是一种高稳定性、宽带隙的新型二维单元素半导体(这比零带隙的石墨烯更具优势)，并能通过施加微小应力实现带隙调控，因此在蓝光探测器、LED、激光器方面具有应用潜力，甚至可用于柔性透明力-电、力-光传感器等。但是关于其实验制备方法，特别是单层厚度样品的制备，至今没有报道。作为一种全新的超薄二维晶体材料，锑烯的获得是对其进一步物性研究和实际应用探索的前提和条件。因此，实验上寻找一种制备高质量锑烯二维原子晶体材料的方法显得尤为重要。

技术实现要素：

鉴于此，本发明的目的是提供一种锑烯二维原子晶体材料及其制备方法，能够生长出一种新型的二维原子晶体材料，这种新材料表现为二维有序、锑原子呈六角蜂窝状排布的二维周期性结构。

本发明公开了一种锑烯二维原子晶体材料，其特征在于，锑原子呈六角蜂窝状排布，并在二维平面内周期性扩展。

本发明还公开了一种锑烯二维原子晶体材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在真空环境下，对单晶基底进行处理，得到干净平整的晶面；

2)将适量高纯度锑原子蒸发沉积到单晶基底上，同时使单晶基底保持一预设的生长温度，以使沉积的锑原子产生相互作用，并充分扩散，形成六角蜂窝状排布的二维有序的周期性结构，从而获得锑烯二维原子晶体材料。

作为本发明的优选，所述的单晶基底为二碲化钯的(0001)面。

作为本发明的优选，对单晶基底进行处理的方法为在真空中进行机械剥离，并加热到100℃，从而获得干净平整的晶面。

作为本发明的优选，所用的锑原子通过热阻式加热蒸发沉积到单晶基底上。

作为本发明的优选，所述的生长温度为90℃～150℃。

作为本发明的优选，所述的锑原子形成的周期性结构的间距为0.41nm，且所述的周期性结构可以被扫描隧道显微镜所和低能电子衍射表征。

本发明通过外延方法生长高质量的锑烯二维原子晶体材料，锑烯原子成六角蜂窝状排布，并在二维平面内扩展，便于进一步研究锑烯二维原子晶体材料的电子性质及相关器件开发。这种锑烯二维晶体材料不同于石墨烯，是具有宽带隙的新型二维单元素构成的半导体，并能通过施加微小应力实现带隙调控，因此在蓝光探测器、LED、激光器方面具有应用潜力，甚至可用于柔性透明力-电、力-光传感器等。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明的整体制备过程效果示意图；

图2示出了本发明中在二碲化钯的(0001)表面制备的大面积高质量锑烯二维原子晶体材料的扫描隧道显微镜图像；

图3示出了图2中的维原子晶体材料的高度变化图；

图4示出了本发明中在二碲化钯的(0001)表面制备的高质量锑烯二维原子晶体材料的扫描隧道显微镜原子分辨图像；

图5为图4中的二维原子晶体材料的单层锑烯的晶格周期图；

图6示出了本发明中在二碲化钯的(0001)表面制备的高质量锑烯二维原子晶体材料的低能电子衍射图案；

图7示出了本发明中在二碲化钯的(0001)表面制备的高质量锑烯二维原子晶体材料的扫描隧道显微镜放大图像以及对应的原子结构模型。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对锑烯二维原子晶体材料的制备方法作进一步的详细说明。此实施例仅仅是用于更详细具体地说明此发明之用，而不应用于以任何形式限制本发明。

本实施例在过渡金属表面制备高质量的锑烯二维原子晶体材料。本发明的整体制备过程效果示意图，如图1所示。左部分图示出了本发明中在二碲化钯的(0001)表面沉积的锑原子，同时保持基底加热维持在140℃的生长温度。右部分图示出了本发明中最终在钯的(0001)表面生长出的锑烯二维原子晶体材料。

具体步骤为：首先在真空腔内对二碲化钯单晶进行机械剥离，并适当加热到100℃得到干净平整的(0001)晶面。

之后，在干净平整的二碲化钯表面，通过热阻式蒸发源将锑原子沉积其上，同时基底保持在140℃，是锑原子相互充分结合，最终在二碲化钯表面形成了大面积二维有序的锑烯原子晶体材料，如图2的扫描隧道显微镜图像所示，单层锑烯几乎铺满整个二碲化钯基底表面。延标记线方向的高度起伏如图3所示，测量可知所生长的二维锑薄膜与二碲化钯基底之间的高度差约为0.28nm，证明所获得的锑薄膜为单层锑烯原子晶体材料。

将锑烯材料扫描放大，可以获得其原子晶格结构的扫描隧道显微镜图像，如图4所示，锑原子在二碲化钯表面成六角蜂窝状排布的二维周期性结构，测量其晶格周期(图5)为0.41nm，这与理论计算值吻合，从而进一步证明了实验上成功获得了单层锑烯材料。

图6的低能电子衍射图案在宏观尺度上表明该有序结构的存在，并且大面积上具有很高的质量。这种周期为0.41nm的结构对应于锑原子在衬底表面的六角蜂窝状排布后形成的二维有序的锑烯原子晶体材料，如图7所示。

上面虽然对本发明进行详细的描述，然而也可以在不脱离本发明主要思想的条件下，进行各个条件的适当变化。可以理解为，本发明不限于上述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。例如，锑烯可以通过除热阻式蒸发之外的其他方法如电子束加热沉积到基底上，亦可取得与上述实施例相当的效果。