二硫化鎢的原子結構

二硫化鎢（WS₂）原子結構包括由一個過渡金屬層（W原子）夾在兩個S原子層之間形成的疊層三層，每個S原子層都有一個六角形的晶格。在三層堆疊中，W原子和S原子通過強離子-共價鍵結合在一起。這三層形成的被弱的範德瓦爾斯相互作用固定在一起，這允許WS₂層的機械剝離。在體相中，多態性是TMD的獨特特徵。

萊納斯-鮑（Linus Pauling）於1923年首次確定了過渡金屬二氯化物（TMDs），自1960年以來，已經發現了60多種TMDs。2004年從石墨中分離出穩定的石墨烯，這為TMDs的超薄薄膜的應用開闢了新的道路。有44種TMD化合物可以形成穩定的二維（2D）結構，它們的組成是MX₂，其中M是過渡金屬，X是S、Se或Te。這些化合物表現出金屬、半導體、超導體和絕緣體的物理特性。在這些TMD中，WS₂具有獨特的帶狀形態，這源於其與半導體有關的特性，如寬頻光譜回應特性、超快漂白恢復和出色的可飽和光吸收。

二硫化鎢的原子取決於過渡金屬中d軌道的填充情況。WS₂有三種可能的堆積，即1T、2H和3R。1T是由四邊形對稱性和八面體配位形成的。過渡金屬的d軌道分為兩個能級：dxy, yz, zx和dx2-y2,z2。2H是由六角形緊密堆積和三角棱柱的配位形成的，3R是菱形對稱結構。在2H和3R相中，過渡金屬的d軌道被分為三個能級：dz2、dx2-y2、xy和dxy、yz。對於單層WS₂薄膜，2H是最穩定和最常見。除了比較常見的1T、2H和3R堆疊外，WS₂還有1T′形態，由於它具有優良的拓撲絕緣特性，也引起了廣泛的關注。

為了改變二硫化鎢的原子結構，經常使用鋰離子插層法和非插層相變法。鋰離子插層是一個可逆的過程。當加入過量電荷時，2H相變變得不穩定，並變為1T相；然而，當鋰離子從WS₂中移除時，過量電荷被移除。隨後，處於1T相的WS₂會恢復到最穩定的2H相。

無插層相變方法包括通過紅外鐳射和電子束照射進行刺激。這些反應是不可逆的。這些反應產生不可逆的黃銅空位，這是從2H到1T轉變的驅動力。然而，這種方法是破壞性的，不能逆轉從2H到1T的相變。這些相變可以將WS₂的特性改變為半導體和金屬之間的特性。

文章來源：Ding J, Feng A, Li X等， 二硫化鎢的性能、製備和應用 - 綜述 [J]. 應用物理學, 2021, 54(17): 173002.

• < 前一頁
• 下一個 >