清华新闻网2月7日电 二维（2D）材料具有独特的物理化学性质，在功能电子器件领域引起了广泛关注。近年来，具有面内各向异性特性的二维半导体材料凭借其电学和热学性质的各向异性特征，为实现电荷与能量的定向传输提供了可能。然而，目前大多数已报道的面内电学各向异性主要由晶格取向决定，缺乏灵活的调控手段。
近日，中国科学院深圳先进技术研究院、深圳理工大学成会明院士与清华大学深圳国际研究生院刘碧录教授团队在本征离子型二维半导体中利用离子-电子耦合，调制面内各向异性。通过在二维半导体AgCrP2S6（ACPS）中耦合各向异性离子迁移和电子输运，进而调节平面内电学各向异性。
研究团队首先制备了高质量的ACPS晶体，并通过扫描隧道电子显微镜和偏振拉曼光谱对其平面内各向异性进行了表征和确认。随后，团队利用能量色散光谱技术对ACPS中Ag元素的分布进行分析，证实了Ag离子沿a轴和b轴迁移行为的显著差异。
图1.ACPS中的平面各向异性离子迁移
研究进一步揭示了ACPS材料的栅控电学传输行为表现出明显的电滞回特性。通过一系列测试，研究推断这种电滞回现象的主要机制是材料中本征离子对电子的捕获作用。同时，研究团队发现ACPS中Ag离子的面内各向异性迁移行为能够有效调控这种电滞回现象。这一成果为二维材料平面内电学各向异性的调控提供了新的调控自由度。
图2.各向异性半导体ACPS中的离子-电子共调制
该研究通过提出“离子-电子共调制”的新机制，为二维半导体材料在电子器件功能化领域的应用提供了重要启示。这一创新方法有望推动各向异性电子器件的发展，并为下一代功能电子器件的设计提供理论支持与实践指导。
相关研究成果以“基于AgCrP2S6的面内离子各向异性实现二维半导体材料离子-电子共调控”（Tunable in-plane conductance anisotropy in 2D semiconductive AgCrP2S6 by ion-electron co-modulations）为题，于近日发表于《科学进展》（Science Advances）。
成会明和刘碧录为论文的共同通讯作者，清华大学深圳国际研究生院2020级博士生孙宇杰为论文第一作者，论文作者还包括清华大学深圳国际研究生院博士后张荣杰、2018级博士谭隽阳、2020级博士生曾圣锋、2024级博士生李晟楠、2023级硕士生魏强，佛山大学博士赵仕龙，清华大学深圳国际研究生院副教授邹小龙。研究得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金及深圳市科技创新委员会等的资助。
论文链接：
https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adr3105
供稿：深圳国际研究生院
编辑：李华山
审核：郭玲
