二维半金属WTe2的器件制备及电输运，磁电和光电性质的研究

Tungsten ditelluride (WTe2) is one of the transition metal dichalcogenides, which has a layered structure. 2-dimentsional (2D) monolayer or few-layer WTe2 thin film can be obtained from mechanical exfoliation. The discovery of extreme large magnetoresistance in bulk WTe2 has attracted a lot of attention from condensed matter physics community. However, current research on WTe2 properties is mostly focused on the bulk material. The study on the physical properties of 2D WTe2 thin film is limited. This project plans to fabricate 2D WTe2 thin film devices based on semiconductor manufacturing processes and study the transport, magnetoelectronic and optoelectronic properties of 2D WTe2 devices. The research contents include the optimization of 2D WTe2 device fabricating processes in order to obtain high performance 2D WTe2 devices, and， based on these devices， studying the intrinsic transport, magnetoelectronic and optoelectronic properties of 2D WTe2. The results of thie project will provide detailed information of physical properties of 2D WTe2 thin film, and build the base for the future application of 2D semimetallic materials in electronic, magnetoelectronic and optoelectronic devices.

二碲化钨（WTe2）是一种过渡金属二硫属化合物，具有层状的晶体结构。可以利用机械解理的方法获得单层或少数几层的二维（2D）WTe2薄膜。WTe2块材中巨大的磁电阻的发现使该材料获得了凝聚态物理学界广泛的关注。然而，目前对WTe2的研究都集中在三维的块材上，对二维WTe2薄膜的物理特性的研究是匮乏的。本项目计划利用半导体加工工艺，制备二维WTe2薄膜器件，研究二维WTe2器件的电输运，磁电和光电性质。本项目的研究内容包括对二维WTe2器件加工工艺的改善，以此获得性能优良的二维WTe2器件,在此基础上研究二维WTe2本征的电输，磁电和光电性质。本项目的研究成果将提供二维WTe2薄膜物理特性的详细信息，并对二维半金属材料在未来电子器件，光电子器件及磁电器件中的应用打下基础。

本项目计划制备出高性能的二维WTe2器件，并对器件的电输运、光电及磁电性质进行研究。在本项目的研究过程中，我们完成了如下研究：1.对单层和寡层的WTe2的拉曼光谱研究。2.对用h-BN包覆WTe2薄膜的尝试。3.对拓扑半金属ZrSiTe的拉曼光谱研究。4.使用STM对ZrSiTe中能带拓扑态演的观测。5.石墨烯/MoS2异质结的制备和拉曼光谱及荧光谱的研究。.我们发现拉曼光谱可以作为判断二维WTe2及ZrSiTe薄膜的厚度的有效手段。同时拉曼光谱还可以用来作为判断WTe2晶体取向及ZrSiTe中缺陷浓度的可靠指征。结合隧道扫描显微术的准粒子衍射成像术，我们观测了ZrSiTe中由于自旋轨道耦合导致在结线的非高对称的动量区域打开能隙，及表面铁元素掺杂导致的时间反转对称性破缺。在石墨烯/MoS2异质结中，联合拉曼光谱和荧光光谱分析我们发现石墨烯和MoS2之间有很强的相互作用，这种相互作用为实现新材料和新性能提供了可能。.我们的研究过程中发现，二维材料的表面降解对器件性能造成严重影响。为了防止材料的降解在器件制备过程中需采取隔离水氧的措施，比如在手套箱中完成材料解离，使用稳定的二维材料h-BN包覆对氧气和水敏感的二维WTe2等。.本项目的研究成果在国际知名期刊上发表论文4篇，此期间项目负责人博士后出站，并培养博士生一名。本项目的研究成果对WTe2及其他二维材料器件的制备及改良有着重要的指导作用。