[发明专利]一种单层硒化铜二维原子晶体材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种单层硒化铜二维原子晶体材料，其表面具有由晶格失配形成的一维摩尔条纹结构，所述一维摩尔条纹的周期为1.8nm，在所述单层硒化铜二维原子晶体材料的二维平面内，铜原子和硒原子以交替形式形成周期性的六角蜂窝状结构，所述六角蜂窝状结构的晶格周期为在一个高对称方向为0.44nm，在另外两个高对称方向为0.41nm。本发明还涉及所述单层硒化铜二维原子晶体材料的制备方法和用途。本发明的单层硒化铜二维原子晶体材料为一种双组分二维蜂窝状晶体材料，其电子在硒化铜中呈现“节线型”狄拉克费米子能带结构。本发明的单层硒化铜二维原子晶体材料作为一种新的电学材料可用于构筑无耗散的电子器件。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体地涉及一种单层硒化铜二维原子晶体材料及其制备方法和用途。

背景技术

二维材料性质各异，且易于调控和集成，其丰富多彩的电子态和物理效应为构筑新型的电子器件提供了新机遇。其中，石墨烯作为二维材料的鼻祖，自其被成功剥离后便成为了二维原子晶体材料的焦点和代表。

单原子层厚度的石墨烯具有很多独特的物理特性，例如：单层石墨烯具有超高的载流子迁移率、超高的透光率以及室温下的量子霍尔效应等，使其在诸多领域都有巨大的应用潜力，是21世纪响当当的明星材料。石墨烯在二维材料舞台的巨大成功激励着科研工作者探索其他类石墨烯二维原子晶体材料。近年来，相继从理论和实验上获得了多种新型二维原子晶体材料：六方氮化硼，过渡金属二硫属化合物，硅烯，锗烯，铪烯，硼烯，黑磷，锡烯，锑烯等。这些二维材料的电学性质丰富，既有金属、半金属、半导体也有绝缘体，此外，它们也有优异独特的物理特性(超导，热电效应，电荷密度波等)，使其在很多方面有巨大的应用前景。

单层二维材料，从组成成分上可以分为单元素二维材料和双元素二维材料。截止到目前，大部分实验上可以大面积可控制备的都是单元素二维材料，双元素单层二维原子晶体的种类较少(仅有单层六方氮化硼和少数几种过渡金属二硫属化合物)。与单元素二维原子晶体材料相比，双元素二维原子晶体材料由于结构形态复杂化，电学特性多样化，可视为新一代具有潜在应用的二维晶体系统。此外，目前报道的二维材料中，大部分其体相都是层状材料，层与层之间都是有范德华力连接，所以这种材料的单层结构制备起来相对容易。然而对于体相是非层状结构的材料，制备其单层二维结构的材料则比较困难，报道较少。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种双元素单层二维原子晶体材料，以及其制备方法。具体地，本发明提供一种与现有的非层状结构的硒化铜体材料结构不同的具有一维摩尔条纹结构的单层硒化铜二维原子晶体材料，及其制备方法和用途。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一方面，本发明提供一种单层硒化铜二维原子晶体材料，其表面具有由晶格失配形成的一维摩尔条纹结构，所述一维摩尔条纹的周期为1.8nm，在所述单层硒化铜二维原子晶体材料的二维平面内，铜原子和硒原子以交替形式形成周期性的六角蜂窝状结构，所述六角蜂窝状结构的晶格周期为在一个高对称方向为0.44nm，在另外两个高对称方向为0.41nm。

另一方面，本发明提供一种制备本发明所述的单层硒化铜二维原子晶体材料的方法，包括以下步骤：在超高真空环境下，将硒原子蒸发并沉积到25～30℃的铜单晶基底表面，沉积时间为10～20分钟，从而生成具有一维摩尔条纹结构的单层硒化铜二维原子晶体材料。

在制备本发明所述的单层硒化铜二维原子晶体材料的过程中，控制沉积温度和沉积时间至关重要。本发明人出乎意料地发现，当将硒原子蒸发并沉积到25～30℃的铜单晶基底表面，并且沉积时间为10～20分钟时，能够制备得到本发明的具有一维摩尔条纹结构的单层硒化铜二维原子晶体材料。