碲，英文名tellurium，源自拉丁文tellus（意為地球），是自然界中能穩(wěn)定存在的最重的硫族元素。碲在單質(zhì)和化合物中具有較強的自旋軌道耦合效應(yīng)，其化合物是許多新奇物理現(xiàn)象的載體。近期，有關(guān)碲結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的理論與實驗研究正在引起研究人員的關(guān)注。

最近，中國科學(xué)院科學(xué)家團(tuán)隊——物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心表面物理國家重點實驗室SF06組博士生黃筱淳在副研究員王煒華和研究員郭建東的指導(dǎo)下，利用分子束外延技術(shù)，在SiC(0001)襯底外延石墨烯表面成功制備了單層和少量層碲薄膜，并利用低溫掃描隧道顯微鏡和掃描隧道譜儀對碲薄膜進(jìn)行了原位表征。實驗發(fā)現(xiàn)制備出的碲薄膜由螺旋碲原子鏈平行排列而成，對應(yīng)于體相晶體的b0-c0面，如圖1所示。同時，隨碲薄膜厚度增加，碲薄膜的帶隙從單層中的0.92 eV單調(diào)減小至體相的0.33 eV（圖2）。相關(guān)工作于6月28日發(fā)表于《納米快報》【Nano Lett. 17, 4619 (2017)】。郭建東、王煒華課題組進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，隨SiC襯底上外延石墨烯的層數(shù)增加，襯底對單層碲薄膜的電子摻雜逐漸減弱：在單層和雙層石墨烯上的單層碲薄膜表現(xiàn)為n型半導(dǎo)體，而在三層石墨烯上的單層碲薄膜則表現(xiàn)為p型半導(dǎo)體，如圖3所示。在此基礎(chǔ)上，通過生長晶格連續(xù)跨過單層/三層石墨烯襯底臺階邊緣的單層碲薄膜，他們成功獲得了面內(nèi)p-n結(jié)。對應(yīng)的結(jié)區(qū)寬度為6.2 nm，內(nèi)建電場為4×105 Vcm-1，如圖4所示。相關(guān)工作以通訊形式于6月12日發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上【Adv. Mater. 2018, 1802065 (2018)】。

以上工作得到科技部（2016YFA0300600, 2016YFA0202300，2017YFA0303600）、國家自然科學(xué)基金委（11634016，11474334）和中科院先導(dǎo)項目（XDB07030100）的資助。

圖1 碲晶體結(jié)構(gòu)及碲薄膜原子結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 碲薄膜的STM圖像以及碲薄膜的帶隙隨薄膜層數(shù)的變化。

圖3 利用SiC襯底外延石墨烯的層數(shù)調(diào)控單層碲薄膜中的電子摻雜。

圖4 基于單層Te薄膜的面內(nèi)p-n結(jié)。

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