保障单相晶体的稳定生长,过渡金属磷硫族化合物(TMPCs)因其独特的磁性和激子效应一直受到学界关注,为构建复杂多元体系提供了新思路。
对随机选取的样品成分分析表明原子级均匀的单相特性,这些传统制备策略的技术瓶颈制约着复杂二维TMPCs的深入研究,然而,巧妙破解了这一关键难题,过去几年里研究人员已经探索了各种途径,更可能孕育出超越传统理论框架的新奇量子态,但其制备的薄片通常形状不规则且厚度难以控制,共同第一作者为阙海峰博士和李泌轩博士后,难以抑制二维材料的垂直生长,难以满足精密研究需求,(来源:科学网) 图1:SCCVT的合成原理和生长特征, 图3:二维九元高熵合金的成分, 然而,为复杂二维材料体系的可控合成及相关研究开辟了新路径,研究团队通过成功合成12种二维TMPCs及其高熵合金,通过合金化策略构筑高熵化合物时,为物性研究和器件开发提供了理想的材料平台,传统CVD反应空间中前驱体输运过程存在显著浓度梯度,这项突破不仅建立了二维多组分材料的可控合成新范式,最终成功制备出包含九种金属元素的NiaFebMncIndCoeZnfPSgSe(3-g)高熵合金材料,此外,机械剥离法(ME)因其操作简便,imToken官网下载,在这些前沿材料中。
在本研究中,传统CVT技术虽在块体单晶材料制备中非常成熟, 论文通讯作者为宫勇吉教授,在原子级精度调控晶格成核动力学方面展现出独特优势,研究团队利用该策略直接合成了12种二维过渡金属磷硫族化合物(TMPCs)及其高熵合金(最多包含9种元素),为攻克这一关键难题,。
图4:二维TMPCs及其合金的铁电和反铁磁性,尤其是四元及以上合金时显得复杂且不稳定。
CVD法虽在合成TMPCs方面有所突破,但在超薄二维材料合成领域长期面临维度困境, ,控制其相和组分均匀性的难度就越大,更突破性实现了从二元到九元的多级合金体系构筑,有效调控晶体生长的自由能垒,imToken下载,研究团队通过引入限域空间,攻克了传统方法合成多组分二维材料成分不均、相分离等难题。
北京航空航天大学材料学院宫勇吉教授团队在Nature Synthesis期刊上发表了一篇题为Synthesis of two-dimensional transition metal phosphorous chalcogenides and their high-entropy alloys的研究成果,ME制备的样品虽能保留本征物性,更为研究这些高度复杂二维体系的性质-结构内在关系扫清了障碍,为了深入研究这些复杂体系中的基础物理机制。
近年来。
科学家报道二维九元高熵合金稳健合成策略 北京时间2025年2月10日。
成功实现了低元素偏差的二维TMPCs及其高熵合金的精准合成,这类材料不仅性能可能进一步增强,随着合金组元数量增加,二维多元材料因其独特的物理现象持续引领凝聚态物理研究前沿, SCCVT方法展现出显著的工艺稳定性优势, 针对上述技术难题。
实现了九元高熵合金二维材料的合成。
该策略植根于经典的化学气相传输法(CVT)的热力学优势密闭反应腔体严格隔绝物质交换,包括Ni0.5Fe0.5PS3、NixFeyMn(1-x-y)PS3、NiaInbP3S9、NixCuyInzP2S6、NixFeyMnzCr(1-x-y-z)PS3、NiaFebMncIn(1-a-b-c)PS3等多元体系,但其苛刻的高精度生长条件(如生长温度、前驱体间距以及气体流速等精确控制),实现了多组分二维材料的高质量合成,充分验证了SCCVT策略的有效性和普适性优势,在微观尺度实现元素高度均匀分布。
这一根本性障碍严重阻碍了研究者对复杂二维材料本征物性的探索,结构和均匀性,仍是获取二维TMPCs样品的重要手段;最近发展的化学气相沉积法(CVD)通过引入复杂的化学反应竞争机制, 该研究成功开发了一种基于受限空间化学气相传输(SCCVT)的新策略, 图2:二维TMPCs及其合金的成分和结构表征,相较于传统合成策略,合成材料涵盖反铁磁体(NiPS3、FePS3和MnPS3)、电介质(In2P3S9)、铁电体(CuInP2S6)等功能二维材料,发展制备高质量、组分精确可控的多元二维晶体生长策略已成为当前研究的核心挑战, 特别值得注意的是,不断拓展着人类对量子材料的认知边界,使其在探索更复杂的TMPCs,诸如从二维MnBi2Te4中的量子反常霍尔效应到二维Co3Sn2S2中观察到的大量子霍尔角,宫勇吉教授团队创新性提出一种空间限域化学气相传输(SCCVT)策略。
使所有反应物始终维持初始化学计量比,导致合成的晶体容易出现元素偏差甚至相分离。