近日，知名学术杂志《ACS Nano》在线发表了由上海科技大学物质学院薛加民、郭艳峰以及上海技术物理研究所胡伟达课题组合作完成的研究论文，题为“Nb2SiTe4:A Stable Narrow-Gap Two-Dimensional Material with Ambipolar Transport and Mid-Infrared Response”，报道了他们在新型窄带隙二维材料方面所取得的重要研究进展。
窄带隙二维材料具有栅极可调控的载流子类型以及对红外光谱的响应，因此具有很高的研究和应用价值。然而，目前绝大部分已发现的二维材料都具有1 eV以上的较宽带隙，在电学输运中，往往只能实现单一载流子类型和较短波长的响应。少数几种具有窄带隙的二维材料，如黑磷等，在大气环境下很容易和水氧发生反应而分解。因此，获得新型稳定的窄带隙材料是当前研究的一个难点。
薛加民、郭艳峰和胡伟达课题组通过合作研究发现，一种三元二维材料Nb2SiTe4（晶格结构如图一中插图所示）具有合适的带隙（~ 0.4 eV）。通过制备少层Nb2SiTe4的场效应管器件，他们发现其载流子类型可以通过背栅从空穴导电连续调制为电子导电，并且两种载流子的导电能力相当（如图一所示）。这为新型可原位调控掺杂类型的器件提供了新的材料体系。
图一：Nb2SiTe4场效应管载流子类型受背栅电压Vg的调控
此外，由于其带隙位于中红外波段，Nb2SiTe4也表现出了不俗的中红外探测能力。对532 nm和3.1 µm的电磁波的响应如图二所示。Nb2SiTe4还表现出较好的稳定性优点。暴露在大气环境中10天之后，载流子迁移率仅下降40%左右。而其他少数几种窄带隙二维材料在空气中存放几小时就会完全失去电学性能。
图二：少层Nb2SiTe4对532 nm波长的可见光和3.1 µm中红外的响应
图三：Nb2SiTe4在大气环境中表现出较好的稳定性
该工作为二维材料的研究领域提供了一种新的材料选择，论文获得了审稿人的高度评价，认为这个材料的发现将会启发更多相关的基础和应用研究。
薛加民课题组研究生赵明星和郭艳峰课题组研究生夏威为本文共同第一作者。薛加民教授、郭艳峰教授和上海技术物理研究所胡伟达研究员为本文通讯作者。该工作获得了国家自然科学基金、上海市浦江人才计划和上海科技大学经费的大力支持。器件加工与材料测量获得了上海科技大学电镜中心以及公共测试平台的支持。
论文链接：http://dx.doi.org/10.1021/acsnano.9b05080