近日，我院陈铜课题组在基于二维五边形材料的纳米器件研究中取得最新进展。相关研究成果以“Exploring pentagonal PdPTe and PdTe2 monolayers as potential in strain sensors, photodiode and gas sensors applications”为题，发表在在国际重要学术期刊《Chemical Engineering Journal》（一区Top期刊，影响因子13.2）, 2023级硕士研究生韩科研为第一作者，陈铜副教授为通讯作者，我校为第一完成单位。
二维（2D）五边形材料具有特殊的拓扑结构、显著的面内各向异性以及在特定条件下展现出的量子霍尔效应，这使得它们在纳米电子器件中具有广泛的应用。特别是，在首个二维五边形化合物 PdSe2 合成之后，诸如 PdPX 和 PdX2（X=S、Se、Te）之类的硫组化合物引起了众多研究人员的兴趣。
在本研究中，通过密度泛函理论结合非平衡格林函数方法系统地研究了 PdPX 和 PdX2 单层的电子结构、开关、光电和气敏特性。结果表明，施加的双轴应变能够有效地调节 PdPX 和 PdX2 单层的电子特性，在施加 -10% 的压缩应变时，表现出从半导体到金属性质的转变。此外，还构建了一些基于 PdPTe 和 PdTe2 单层的纳米器件，例如应变传感器、光电二极管和气体传感器。首先，在 -10% 压缩应变的作用下，PdPTe 和 PdTe2 应变传感器分别显示出 106 和 1011 的高开关比。其次，PdPTe 和 PdTe2 光电二极管在可见光黄色区域均表现出高光电流，其值分别为 3.5 和 9.6 mA/cm2。此外，施加双轴应变能够有效调节 PdPTe 和 PdTe2 的光吸收系数。最后，基于 PdPTe、PdTe2 单层的气体传感器对 NO2 和 NO 显示出显著的化学吸附作用。其中，PdPTe、PdTe2 检测 NO 的恢复时间分别为 52.4 s和 1.51 s，可作为检测NO高灵敏度的气体传感器。这项研究为高性能开关、光电器件和高灵敏度气体传感器提供了有前景的候选材料。
(a)PdPX 在极坐标平面中的杨氏模量变化情况。(b) 和 (c) 分别为 X 方向和 Y 方向下应力随应变变化的曲线。(d) 在双轴应变调控下，PdPTe 电子结构的价带顶 (VBM) 和导带底 (CBM) 变化（左轴）以及带隙变化（右轴）。(e) PdPTe 在施加双轴应变后费米能级附近能带的变化趋势。
(a)PdPTe 单层 PIN 结光电晶体管的示意图。(b) 在不同双轴应变下，PdPTe PIN 结光电晶体管的光电流密度。
(a) 基于 PdPTe 的气体传感器示意图。(b) 和 (c) PdPTe 与 PdTe2 吸附 NH₃、NO₂ 和 NO 气体后的 I-V 曲线。(d)-(f) PdPTe 在 1.0 V 偏压下吸附 NH₃、NO₂ 和 NO 的PLDOS。
论文信息
DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168157
