Dual-metal precursors for the universal growth of non-layered 2D transition metal chalcogenides with ordered cation vacancies

材料科学 过渡金属 悬空债券 金属 带隙 半导体 纳米技术 纳米电子学 化学物理 化学 光电子学 催化作用 冶金 生物化学
作者
Junyang Tan,Zongteng Zhang,Shengfeng Zeng,Shengnan Li,Jingwei Wang,Rongxu Zheng,Fuchen Hou,Yinping Wei,Yujie Sun,Rongjie Zhang,Shilong Zhao,Huiyu Nong,Wenjun Chen,Lin Gan,Xiaolong Zou,Yüe Zhao,Junhao Lin,Bilu Liu,Hui‐Ming Cheng
出处
期刊:Science Bulletin [Elsevier BV]
卷期号:67 (16): 1649-1658 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.scib.2022.06.022
摘要

Two-dimensional (2D) transition metal chalcogenides (TMCs) are promising for nanoelectronics and energy applications. Among them, the emerging non-layered TMCs are unique due to their unsaturated dangling bonds on the surface and strong intralayer and interlayer bonding. However, the synthesis of non-layered 2D TMCs is challenging and this has made it difficult to study their structures and properties at thin thickness limit. Here, we develop a universal dual-metal precursors method to grow non-layered TMCs in which a mixture of a metal and its chloride serves as the metal source. Taking hexagonal Fe1-xS as an example, the thickness of the Fe1-xS flakes is down to 3 nm with a lateral size of over 100 μm. Importantly, we find ordered cation Fe vacancies in Fe1-xS, which is distinct from layered TMCs like MoS2 where anion vacancies are commonly observed. Low-temperature transport measurements and theoretical calculations show that 2D Fe1-xS is a stable semiconductor with a narrow bandgap of ∼60 meV. In addition to Fe1-xS, the method is universal in growing various non-layered 2D TMCs containing ordered cation vacancies, including Fe1-xSe, Co1-xS, Cr1-xS, and V1-xS. This work paves the way to grow and exploit properties of non-layered materials at 2D thickness limit.
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