综述：新兴二维稀土材料的最新进展：成分、合成与应用

（编辑推荐）本综述系统梳理了二维稀土(RE)材料在晶体结构、光学/磁学特性、机械剥离(mechanical exfoliation)/气相沉积(vapor deposition)等合成技术，及其在晶体管(transistors)、光电探测器(photodetectors)等领域的突破性应用，为下一代功能材料开发提供重要参考。

　　

Abstract

二维稀土(RE)材料因其独特的光学、电子和磁学特性，在新型照明、光电子学和磁器件领域展现出巨大潜力。尽管重要性显著，但针对该材料的综述仍较少且局限。本文全面回顾了二维RE材料的结构、性能、合成与应用进展。

晶体结构与电子结构

二维RE材料的晶体结构通常包含稀土元素与硫族/氧族元素的层状组合，如RE₂X₃(X=S,Se,Te)。其电子结构因4f电子未填满而呈现特殊的能带特征，如EuS的4f-5d跃迁可产生强荧光发射。

典型特性

• 发光特性：Tb³⁺掺杂的二维材料可实现545 nm绿色荧光，量子效率达90%

• 磁性：Gd₂O₃单层在室温下仍保持铁磁性，居里温度达350 K

合成方法

机械剥离法可制备高质量REI₃(I=Cl,Br,I)单层；化学气相沉积(CVD)能可控生长RE₂O₂S薄膜；溶液法适合大规模制备RE(OH)₃纳米片。

应用前景

• 场效应晶体管：Nd₂Se₃通道材料载流子迁移率超100 cm²V^-1s^-1

• 光电探测器：EuS基器件在405 nm处响应度达10⁴ A/W

• 防伪加密：Tm³⁺/Yb³⁺共掺材料可实现多色上转换发光

挑战与展望

当前面临单层产率低（<30%）、空气稳定性差（部分材料半衰期<24 h）等挑战。未来需开发新型保护层技术和原位表征方法，推动其走向实际应用。