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Epitaxial Growth of Flat, Metallic Monolayer Phosphorene on Metal Oxide.
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2020-02-11 , DOI: 10.1021/acsnano.9b09588 Dechun Zhou 1 , Qingling Meng 2 , Nan Si 1 , Xiong Zhou 3 , Shuwei Zhai 2 , Qin Tang 1 , Qingmin Ji 1 , Miao Zhou 2 , Tianchao Niu 1 , Harald Fuchs 1, 4, 5
ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2020-02-11 , DOI: 10.1021/acsnano.9b09588 Dechun Zhou 1 , Qingling Meng 2 , Nan Si 1 , Xiong Zhou 3 , Shuwei Zhai 2 , Qin Tang 1 , Qingmin Ji 1 , Miao Zhou 2 , Tianchao Niu 1 , Harald Fuchs 1, 4, 5
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In recent years, two-dimensional (2D) group VA elemental materials have attracted considerable interest from physics/chemistry and materials science communities, with particular attention paid to honeycomb blue phosphorene. To date, phosphorene is limited to its α-phase and small sizes because it can only be produced by exfoliating black phosphorus crystals. Here, we report the direct synthesis of high-quality phosphorene on a nonmetallic copper oxide substrate by molecular beam epitaxy. By combining scanning tunneling microscopy/spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and first-principles calculations, we demonstrate the growth intermediates and electronic structures of phosphorene on Cu3O2/Cu(111). Surprisingly, the grown phosphorene has a flat honeycomb lattice, similar to graphene, which exhibits a metallic nature. We reveal that the growth mechanism and morphology of phosphorene are strongly correlated with the surface structures of prepared copper oxide, and the resulting phosphorene can be stabilized after high-temperature annealing above 600 K even in oxygen gas. The high stability is closely related to the irregular Moiré pattern and structural corrugations of phosphorene on Cu3O2/Cu(111) that efficiently relieve the surface strain. These results shed light on future fabrication of large-scale, versatile 2D structures for interconnect and device integration.
中文翻译：
在金属氧化物上外延生长平坦的金属单层磷光体。
近年来，二维（2D）组VA元素材料引起了物理/化学和材料科学界的极大关注，尤其是蜂窝状蓝色磷光体。迄今为止，磷烯仅限于其α相和小尺寸，因为它只能通过剥落黑磷晶体来生产。在这里，我们报告通过分子束外延在非金属氧化铜衬底上直接合成高质量的磷。通过结合扫描隧道显微镜/光谱学，X射线光电子能谱学和第一性原理计算，我们证明了Cu3O2 / Cu（111）上磷的生长中间体和电子结构。令人惊讶地，生长的磷烯具有类似于石墨烯的扁平蜂窝状晶格，其展现出金属性质。我们发现磷的生长机理和形态与所制备的氧化铜的表面结构密切相关，并且即使在氧气中，经过600 K以上的高温退火，磷也可以稳定。高稳定性与不规则的摩尔纹和磷在Cu3O2 / Cu（111）上的结构波纹密切相关，可有效缓解表面应变。这些结果为将来制造用于互连和设备集成的大规模通用2D结构提供了启示。高稳定性与不规则的摩尔纹和磷在Cu3O2 / Cu（111）上的结构波纹密切相关，可有效缓解表面应变。这些结果为将来制造用于互连和设备集成的大规模通用2D结构提供了启示。高稳定性与不规则的摩尔纹和磷在Cu3O2 / Cu（111）上的结构波纹密切相关，可有效缓解表面应变。这些结果为将来制造用于互连和设备集成的大规模通用2D结构提供了启示。
更新日期：2020-02-11
中文翻译：
在金属氧化物上外延生长平坦的金属单层磷光体。
近年来，二维（2D）组VA元素材料引起了物理/化学和材料科学界的极大关注，尤其是蜂窝状蓝色磷光体。迄今为止，磷烯仅限于其α相和小尺寸，因为它只能通过剥落黑磷晶体来生产。在这里，我们报告通过分子束外延在非金属氧化铜衬底上直接合成高质量的磷。通过结合扫描隧道显微镜/光谱学，X射线光电子能谱学和第一性原理计算，我们证明了Cu3O2 / Cu（111）上磷的生长中间体和电子结构。令人惊讶地，生长的磷烯具有类似于石墨烯的扁平蜂窝状晶格，其展现出金属性质。我们发现磷的生长机理和形态与所制备的氧化铜的表面结构密切相关，并且即使在氧气中，经过600 K以上的高温退火，磷也可以稳定。高稳定性与不规则的摩尔纹和磷在Cu3O2 / Cu（111）上的结构波纹密切相关，可有效缓解表面应变。这些结果为将来制造用于互连和设备集成的大规模通用2D结构提供了启示。高稳定性与不规则的摩尔纹和磷在Cu3O2 / Cu（111）上的结构波纹密切相关，可有效缓解表面应变。这些结果为将来制造用于互连和设备集成的大规模通用2D结构提供了启示。高稳定性与不规则的摩尔纹和磷在Cu3O2 / Cu（111）上的结构波纹密切相关，可有效缓解表面应变。这些结果为将来制造用于互连和设备集成的大规模通用2D结构提供了启示。
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