无钾云母辅助下Bi基硫属化物和氧硫属化物单晶的外延生长

《Nature Communications》：K+-free mica-assisted epitaxy of Bi-based chalcogenide and oxychalcogenide single-crystals

　　

摘要

一种兼具拓扑特性、高迁移率半导体性质以及铁电性能的材料家族，为探索新的物理现象以及推动下一代电子器件和光电器件的发展提供了平台。基于铋的硫属化物和氧硫属化物因其功能可通过成分调控而展现出巨大潜力。然而，由于现有的合成方法都是针对特定材料设计的，且需要使用成本高昂且与晶体结构匹配的基底，因此这类材料的开发受到了限制。在此，我们提出了一种协同外延策略，将元素前驱体与经过原子级设计的无K⁺云母表面相结合，从而实现了九毫米尺寸的多种基于铋的硫属化物和氧硫属化物单晶的批量生长，这些单晶包括拓扑绝缘体、高迁移率半导体以及铁电/介电材料。高质量的材料有助于制造高性能晶体管和高灵敏度的宽频带光电探测器。此外，我们还展示了如何将这些材料集成到大规模、均匀的阵列中，并证实了它们在可见光到红外波段内的成像能力。这项工作建立了一个可扩展且与具体材料无关的合成框架，为系统地研究这类多功能材料及其器件集成奠定了基础。