作者：安义鹏*，侯玉升，王坤，龚士静，马春兰，赵传熙，王天兴，焦照勇，武汝前*
由于石墨烯的成功制备，人们预测并成功制备了大量的二维单层材料，包括硅烯、氮化硼、过渡金属硫族化合物（TMD）、磷烯、Mxene、硼烯、锡烯、锑烯、g-C3N4、CrX3等，这些二维单层材料具有新颖的力学、热学、光学、电学和磁学特性。特别是当不同的二维材料形成垂直分布的范德华异质结构或侧拼接共面异质结构时，往往表现出一些新的特性。
过渡金属二硫化物是研究较多的二维材料之一。一般来说，在几何结构上有1T（D3D）、2H（D3h）和3R（d3v）相结构，在电子结构上有半导体、绝缘体和金属。近年来，一些具有相同或不同相结构的TMD基横向或纵向异质结引起了人们的极大兴趣，包括MoS2|WSe2, MoSe2|WSe2, NbS2|WS2, VSe2|MX2等，这些异质结在晶体管和光电子器件中具有重要的应用潜力。
近年来，研究人员采用两步化学气相沉积法成功制备了高质量的VS2|MoS2金属半导体侧异质结。与传统的上部镍接触结构相比，异质结具有更好的场效应迁移率。
近日，河南师范大学安义鹏副教授课题组与美国加州大学Irvine分校Ruqian Wu教授等课题组合作，在国际顶尖期刊《Advanced Functional Materials》(IF=15.621)上发表了题为“Multifunctional Lateral Transition-Metal Disulfides Heterojunctions”的研究论文 (Full paper)。
本文系统地研究了过渡金属硫化物1T-VS2|1H-MoS2侧异质结的本征自旋输运性质和机理。分别设计了二极管、场效应晶体管、光电晶体管和热电器件模型，探索了栅电极调节、光照和改变电极温差等多种方法来调节其自旋电子输运行为，从而实现整流场效应，光电检测、热电等功能特性。研究结果揭示了1T-VS2|1H-MoS2侧面异质结在纳米自旋电子器件、光电器件和热电器件等领域的重要应用价值。
安义鹏副教授为该论文第一作者和通讯作者，美国加州大学Irvine分校Ruqian Wu教授为共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、河南省高校科技创新人才基金、河南省高校青年骨干教师基金、河南师范大学优秀青年基金、河南省“高等学校学科创新引智基地”等等项目的资助。
a) Z-type和 b) A-type VS2|MoS2 侧面异质结二极管俯视和侧视图示意图。
图1显示了Z型和A型VS2|MoS2侧面异质结二极管的俯视图和侧视图。首先，作者构建了Z型和A型VS2|MoS2 侧面异质结肖特基二极管结构，并研究了它们的整流效应。
图2. Z-type VS2|MoS2 侧面异质结二极管的
a)自旋向上和b)自旋向下电子传输谱，和 A-type VS2|MoS2 侧面异质结二极管的
d)自旋向下电子传输谱。自旋相关I-V曲线，整流比率，dI/dV曲线。
i) I/(1 − e−qVb/kBT)-Vb曲线，j)温度相关的理想因子|n|曲线。
图2分别显示了Z型和A型VS2|MoS2 侧面异质结二极管的自旋相关电子透射谱、I-V、dI/dV、I/(1 − e−qVb/kBT)-Vb和温度相关理想因子|n|曲线。
图3. 偏压相关的Z-type VS2|MoS2 侧面异质结二极管电子透射谱和局域器件态密度曲线
d)自旋向上的表面能带和T(E,K), e)自旋向下的表面能带和T(E,K)。
图3给出了不同偏压下Z型VS2|MoS2 侧面异质结二极管的电子透射谱和局域器件态密度曲线，以及自旋相关表面能带和T(E,K)来理解VS2|MoS2侧面异质结二极管的整流功能。
a) Z-type和 b) A-type VS2|MoS2 侧面异质结场效应晶体管示意图。
Z-type在栅极电压分别为c) 10V 和 d) -10V 时的I-V曲线。
A-type在栅极电压分别为e) 10V 和 f) -10V 时的I-V曲线。
图4 给出了Z-type和A-type VS2|MoS2 侧面异质结场效应晶体管的场效应性质。栅极可以明显调控VS2|MoS2 侧面异质结的电子输运和整流比率。
b) A-type VS2|MoS2 侧面异质结光电晶体管示意图。
栅极调控的e) Z-type和 f) A-type光电流谱图。
图5给出了VS2|MoS2 侧面异质光电晶体管在线性偏振光0到5eV是的光电性质，以及栅极调控的光电能谱图。
图6. Z-type VS2|MoS2 侧面异质结热电性质
Z-type VS2|MoS2 侧面异质结热电器件示意图a)
图6给出了Z-type VS2|MoS2 侧面异质结的热电器件示意图和温度相关的热驱动电流曲线。
综上所述，本文系统地研究了过渡金属硫化物1T-VS2|1H-MoS2侧面异质结的本征自旋输运性质和机理。分别设计了二极管、场效应晶体管、光电晶体管和热电器件的模型，并通过栅电极调节、光照和改变电极温差来调节自旋电子的输运行为，具有整流、场效应、温度场效应等功能特性，光电检测、热电等。研究结果揭示了1T-VS2|1H-MoS2侧面异质结在纳米自旋电子器件、光电器件和热电器件等领域的重要应用价值。
https://doi.org/10.1002/adfm.202002939
安义鹏博士 2012年毕业于复旦大学，现为河南师范大学副教授，博士生导师，河南省教育厅学术技术带头人，河南高校科技创新人才，河南高校青年骨干教师 。他长期从事凝聚态物理和材料的前沿研究。他先后主持了3项国家自然科学基金，1项省自然科学基金总计划，1项省大学科技创新人才计划和2项获得国家发明专利授权。他在Adv. Funct. Mater.、Phys. Rev. 系列等高水平期刊中发表了60多篇包含在SCI中的论文。
课题组链接:
https://www.htu.edu.cn/physics/2016/1021/c12869a85448/page.htm
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