清华新闻网9月2日电二维半导体硒氧化铋（Bi₂O₂Se）具有高电子迁移率和优异的空气稳定性，已应用于构筑光电探测器、传感器和忆阻器，这些电子器件是二维集成电子学和光电子学的重要组成部分，但目前这些应用都是基于微米尺度下二维Bi₂O₂Se水平方向上的电荷输运。实际上，二维材料的纳米尺度电学性质也在相关微观或宏观电子器件的性能和机制中发挥着重要作用。尽管在纳米尺度下，二维Bi₂O₂Se平面外方向的电学性质对相关新功能电子器件的开发以及高集成度纳米电子学的发展具有重要意义，但目前仍没有相关的研究和报道。
近日，清华大学深圳国际研究生院材料研究院刘碧录团队利用导电原子力显微镜技术（CAFM）发现，纳米尺度下二维Bi₂O₂Se具有独特的平面外方向电学性质。在垂直循环电场的作用下，二维Bi₂O₂Se表面会形成纳米尺度的山丘状结构。与此同时，山丘结构中会形成纳米导电通道，使得绝缘的二维Bi₂O₂Se在面外方向导通，其中较厚和较薄的纳米片的导通分别呈现出阻变和欧姆特性，而纳米山丘状结构的高度、宽度以及相应的电学性质可通过改变循环电场的振幅、循环次数和材料厚度调控。此外，研究团队还观测到其阻变行为从双极性到稳定单极性的转变，这可能源于电场作用下Bi₂O₂Se表面被氧化而导致更多Se空位的移动和焦耳（Joule）热的产生达到动态平衡。这项研究不仅首次揭示了纳米尺度下二维Bi₂O₂Se平面外方向的单极性阻变特性，而且为探索其在具有新功能的纳米电子器件中的应用开辟了新方向。

循环电场下二维Bi₂O₂Se表面纳米山丘状结构和导电通路的形成

二维Bi₂O₂Se从双极性到稳定单极性阻变特性的转变过程
相关成果近日以“纳米尺度下二维Bi₂O₂Se平面外方向的阻变特性”（Out-of-Plane Resistance Switching of 2D Bi₂O₂Se at the Nanoscale）为题发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。陈文骏博士为本文第一作者，刘碧录副教授为本文通讯作者，论文作者还包括清华-伯克利深圳学院2019级博士生张荣杰和2020级硕士生郑荣戌。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202105795
供稿：深圳国际研究生院
编辑：李华山
审核：吕婷
2021年09月02日 15:48:23