近日，北京理工大学前沿交叉科学院/物理学院武旭教授课题组，在金属二硫族化物（TMD）异质结方面取得研究进展。研究团队基于强层间耦合的第10族TMD材料PtTe2，利用单双层石墨烯对衬底电荷转移的调控，制备出具有原子级连续界面的电子结。该成果以“In-Plane Transition Metal Dichalcogenide Junction with Nearly-Zero Interfacial Band Offset”为题发表在国际知名期刊《ACS Nano》（ACS Nano, 19, 1, 803-810, 2025, DOI：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c12092），论文第一作者为北理工前沿交叉科学院/物理学院2022级硕士研究生张金凤同学，通讯作者为北京理工大学武旭教授、邵岩教授和王业亮教授。

基于层状过渡金属二硫族化物的二维平面内异质结具有独特的电子特性，在下一代电子器件中具有广泛的应用前景。然而，由于离子注入在二维体系中有一定困难，其制造仍然依赖于不同材料的横向外延，这往往会带来晶格失配，并导致界面电子散射，从而影响器件的性能。

针对上述问题，本研究报道在碳化硅表面外延的单/双层石墨烯衬底上，利用不同的电荷转移屏蔽效应，制备出具有连续界面的单层PtTe2平面内电子结。在此基础上，利用原子级的扫描隧道显微镜对该结构的局域电子态进行表征。结果显示，界面处原子晶格和电子结构是连续的，形成了典型的Ⅱ型电子能带结构，结两端的band offset接近于零。基于该策略，单层PtTe2的掺杂浓度，可以通过不同层厚的二维材料带来的屏蔽作用来进行操控，进而形成界面连续的电子结构。该技术可以扩展到其他具有强层间耦合的二维半导体，为制造以此为基础的纳米电子器件提供了一条途径。

图1. 单层PtTe2岛在单/双层石墨烯上的STM图像。

图2. 单/双层石墨烯上单层PtTe2边缘的能带弯曲。

图3.横跨单/双层石墨烯边界的PtTe2岛具有连续的原子结构。

图4. 单层PtTe2在单/双层石墨烯边界处的带对准，显示出明显的能级变化。

图5. 单/双层石墨烯对衬底电荷转移屏蔽的示意图。

论文详情：Jinfeng Zhang, Genyu Hu, Shihao Hu, Yun Zhang, Weikang Zhou, Lilin Yang, Ziqiang Xu, Jingsi Qiao, Zhilin Li, Hong-Jun Gao, Yeliang Wang*, Yan Shao*, Xu Wu*, In-Plane Transition-Metal Dichalcogenide Junction with Nearly Zero Interfacial Band Offset, ACS Nano, 19, 1, 803-810, 2025.

DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.4c12092

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c12092

附主要作者介绍：

张金凤，第一作者，北京理工大学2022级硕士研究生, 导师武旭教授，研究方向为新型二维材料的原子级制备和表征。

武旭，共同通讯作者，北京理工大学前沿交叉科学院/物理学院教授、博导，国家级海外高层次青年人才、北京市科技新星、北京理工大学特立青年学者、德国洪堡奖学金获得者。研究方向为利用分子束外延、扫描探针显微镜等高精度制备与测量技术，开展新型二维半导体/有机薄膜异质结构筑、复杂有机薄膜制备、新型光电器件等方面的研究，在Nature、Nat. Mater.、Nat. Commun.、Adv. Mater.等共计发表SCI论文30余篇，申请及授权专利10余项，担任多个国内外著名期刊审稿人。

邵岩，共同通讯作者，北京理工大学集成电路与电子学院教授、博导。国家级青年人才、北京理工大学特立青年学者。主要研究方向为面向集成电路应用的低维量子信息材料原子制备、表征与物性调控等。相关研究文章发表在 Nat. Mater.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Nano Lett.等期刊上，在超薄半导体原子制造领域共授权6项发明专利。