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中國(guó)學(xué)者出手，聯(lián)手諾貝爾物理獎(jiǎng)得主，發(fā)重磅Nature！

第一作者：王嘉

通訊作者：王嘉， Hiroshi Amano

通訊單位：名古屋大學(xué)

中國(guó)學(xué)者出手，聯(lián)手諾貝爾物理獎(jiǎng)得主，發(fā)重磅Nature！

Hiroshi Amano，中文名天野浩，現(xiàn)任名古屋大學(xué)未來(lái)材料與系統(tǒng)研究所教授，中國(guó)工程院外籍院士，日本工程院院士，美國(guó)國(guó)家工程院院士，２０１４年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。

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王嘉，名古屋大學(xué)高等研究院特聘助理教授、材料與可持續(xù)性系統(tǒng)研究院特聘助理教授。

論文速覽

通過(guò)摻雜替代鎂（Mg）原子展示出p-型氮化鎵（GaN）以來(lái)，諸如藍(lán)色發(fā)光二極管等迅速而全面的發(fā)展，已顯著地塑造了我們的現(xiàn)代生活，并為實(shí)現(xiàn)更加碳中和的社會(huì)做出了貢獻(xiàn)。然而，GaN與Mg之間的相互作用的細(xì)節(jié)仍然大多未知。

本研究觀察到，通過(guò)在GaN上退火金屬M(fèi)g膜，可自發(fā)形成Mg插層的GaN超晶格。這是首次觀測(cè)到二維（2D）金屬嵌入半導(dǎo)體中，每個(gè)Mg單層被精確地嵌入到六角GaN的數(shù)個(gè)單層之間。該過(guò)程以間隙插層為表征，導(dǎo)致垂直于間隙層的大量單軸壓縮應(yīng)變。因此，Mg插層的GaN超晶格中的GaN層表現(xiàn)出超過(guò)-10%的異常彈性應(yīng)變（相當(dāng)于超過(guò)20 GPa的應(yīng)力），是薄膜材料中記錄的最高應(yīng)變之一。應(yīng)變改變了電子能帶結(jié)構(gòu)，并顯著增強(qiáng)了壓縮方向上的空穴傳輸。

此外，Mg片誘導(dǎo)了GaN極性的周期性轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生了由極化場(chǎng)誘導(dǎo)的凈電荷。這些特性為半導(dǎo)體摻雜和電導(dǎo)增強(qiáng)，以及納米材料和金屬-半導(dǎo)體超晶格的彈性應(yīng)變工程提供了新的見(jiàn)解。

圖文導(dǎo)讀

圖1：Mg插層GaN超晶格的橫截面高角環(huán)形暗場(chǎng)掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）圖像。

圖2：由2D-Mg片誘導(dǎo)的極性轉(zhuǎn)變。

圖3：MiGs納米結(jié)構(gòu)中高單軸壓縮應(yīng)變的插層情況。

圖4：在n型和p型GaN上MiGs的電學(xué)性質(zhì)。

總結(jié)展望

本研究的亮點(diǎn)在于首次觀測(cè)到二維金屬M(fèi)g插層嵌入GaN體半導(dǎo)體中，形成了具有異常彈性應(yīng)變的超晶格結(jié)構(gòu)。該發(fā)現(xiàn)不僅為理解GaN與Mg之間的相互作用提供了新的視角，也為半導(dǎo)體摻雜、電導(dǎo)增強(qiáng)以及納米材料的彈性應(yīng)變工程提供了重要的科學(xué)依據(jù)。特別是，通過(guò)Mg插層誘導(dǎo)的極化場(chǎng)變化，為實(shí)現(xiàn)極化誘導(dǎo)的空穴摻雜提供了新的思路。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)退火處理，可在GaN中形成具有高彈性應(yīng)變的MiGs結(jié)構(gòu)，這種應(yīng)變改變了電子能帶結(jié)構(gòu)，并顯著增強(qiáng)了空穴的傳輸性能。這些發(fā)現(xiàn)有望推動(dòng)高性能電子器件的發(fā)展，特別是在提高半導(dǎo)體器件的電導(dǎo)和載流子遷移率方面具有重要的應(yīng)用潛力。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Observation of 2D-magnesium-intercalated gallium nitride superlattices

期刊：Nature

DOI：10.1038/s41586-024-07513-x

原創(chuàng)文章，作者：計(jì)算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/06/13/95d0dfdd22/

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