二维结构材料的构建和特性研究

二维材料由于其新颖优越的物理特性，已成为近年来科学研究的热点。本项目着眼于微电子领域广泛应用的Au/Si等体系，拟采用超高真空外延生长方法，通过精确控制生长条件，以期在Si基底模板上制备稳定有序的Au、Ag、Pt等材料的二维结构，并且掌握一套成熟完善的Si基二维材料制备方法；利用扫描探针显微镜等表征技术对二维材料进行生长的原位监控和微观结构分析，揭示二维材料的生长规律和结构性质；进一步对材料进行电学和光学特性测试，结合第一性原理理论模拟进行结构分析和性能预测，从原子电子尺度上理解其形成机理和结构特性；为制备和开拓具有新的物理和化学性质的新型半导体二维结构材料提供科学数据。

本项目的研究工作围绕硅基二维结构材料的构建和结构特性开展，采用超高真空实验方法，结合扫描隧道显微镜等实验表征和理论计算模拟，对Au等金属材料在Si基底上的生长控制、结构形成及物理性质等方面进行了研究。首先，考察了低覆盖度下金属在硅基底上的初期生长和结构性质，从原子尺度上明确了其结构组成和电子特性。通过调控金属覆盖度、基底温度以及退火处理过程等参数条件，研究金属外延结构成核生长的动力学过程。基于实验观测和统计分析，总结金属在硅基底上的初期生长和结构演化规律，建立生长动力学模型，提出体系结构调控方法和优化的生长条件参数。通过精确调控，实现了硅基金属团簇阵列层的可控生长，并在此基础上制备得到了大面积规则有序的二维金属晶格结构。进一步的研究发现这种二维晶格具有独特的传输带隙，载流子在其中传播时会呈现出特殊的输运特性。这些研究结果为开发新型的二维功能材料和器件提供了科学数据。此外，在完成原计划研究目标的基础上，我们还拓展研究了几种二维复合材料体系的构建和结构特性，取得了一系列有意义的研究成果。