CAREER: Atomic Scale Design of van der Waals Heterostructure Nanoribbons

职业:范德华异质结构纳米带的原子尺度设计

基本信息

  • 批准号:
    1453924
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-05-01 至 2021-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Non-technical Description: Combining two-dimensional (2D) layered materials, such as graphene (one atomic layer of carbon) and transition metal dichalcogenides, to form heterostructures provides innovative routes of tuning electronic and photonic properties of materials on-demand. In addition to vertical stacking of atomic layers, which has been achieved in recent years, novel 2D materials can also be realized by producing quasi-one-dimensional strips, known as nanoribbons. The research component of this CAREER award focuses on understanding of the fundamental science behind synthesizing a new class of materials that are only one-atom thick, with controllable width down to the nanometer scale: van der Waals heterostructure nanoribbons (vdW ribbons). These vdW ribbons may exhibit energy band gaps, ferromagnetism, and half-metallic properties that vary with width and termination of the ribbon edges. The principal investigator is utilizing prior research experience and broad collaborations across academia, industry, and government to develop the foundational theory, synthesis techniques, and device architectures to establish vdW ribbons as a new paradigm in materials science. Importantly, this project prepares graduate and undergraduate students for research and engineering beyond academia by providing opportunities for industrial internships and developing new workshops for bridging the science of these atom-thick materials to the general public.Technical Description: The predicted properties of two-dimensional heterostructures of transition metal dichalcogenides indicate that these materials have strong potential to impact next-generation optoelectronics. Heterogeneous stacking of the atomic layers while controlling their vertical and lateral dimensions at the nanoscale will significantly enhance the control of the electronic, photonic, and magnetic properties of these novel material systems. More specifically, the objectives of the CAREER award are: 1) Developing theoretical models that predict the optoelectronic and transport properties of vdW heterostructure nanoribbons; 2) Establishing novel metal-organic chemical vapor deposition processes capable of layer-by-layer synthesis with atomic precision; 3) Demonstrating the impact of layer stacking on nanoscale interactions and properties in vdW solids; and 4) Developing fundamental understanding of the roles of edge termination and defect formation on the optoelectronic properties of vdW hetero-ribbons.
非技术描述:将二维 (2D) 层状材料(例如石墨烯(碳的一个原子层)和过渡金属二硫族化物)组合形成异质结构,提供了按需调整材料的电子和光子特性的创新途径。除了近年来实现的原子层垂直堆叠之外,新型二维材料还可以通过生产准一维条带(称为纳米带)来实现。该职业奖的研究部分侧重于理解合成一类新型材料背后的基础科学,这种材料只有一个原子厚,宽度可控制到纳米级:范德华异质结构纳米带(vdW 带)。这些 vdW 带材可能表现出能带隙、铁磁性和半金属特性,这些特性随带材边缘的宽度和终止而变化。首席研究员正在利用先前的研究经验以及学术界、工业界和政府之间的广泛合作来开发基础理论、合成技术和设备架构,以将 vdW 带材建立为材料科学的新范例。重要的是,该项目通过提供工业实习机会和开发新的研讨会,将这些原子厚材料的科学与公众联系起来,为研究生和本科生在学术界之外的研究和工程做好准备。技术描述:二维材料的预测特性过渡金属二硫属化物的异质结构表明这些材料具有影响下一代光电子学的强大潜力。原子层的异质堆叠同时在纳米尺度上控制其垂直和横向尺寸将显着增强对这些新型材料系统的电子、光子和磁性特性的控制。更具体地说,职业奖的目标是: 1) 开发预测 vdW 异质结构纳米带光电和传输特性的理论模型; 2)建立能够以原子精度逐层合成的新型金属有机化学气相沉积工艺; 3) 展示层堆叠对 vdW 固体中纳米级相互作用和性质的影响; 4) 深入了解边缘终止和缺陷形成对 vdW 异质带光电特性的作用。

项目成果

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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    0
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  • 通讯作者:
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  • 影响因子:
    0
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  • 通讯作者:
    S. Pacley

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