二硫化錸在兩個主要方向上的壓電效應相反

使用光學和電學測量，發(fā)現(xiàn)二硫化二錸的二維各向異性晶體沿兩個主軸顯示相反的壓電效應，即沿一個軸為正，沿另一個軸為負。壓電電阻也是可逆的; 它在施加應變時出現(xiàn)，但相對阻力在應變消除時恢復到其原始值。預計這一新發(fā)現(xiàn)將導致二硫化錸的廣泛應用。

在對晶體和某些陶瓷施加壓力等機械應力時，引起與施加的應變成比例的表面電荷; 這種現(xiàn)象稱為壓電效應。壓電效應自18世紀中期就已為人所知，并已發(fā)現(xiàn)用于例如香煙打火機的點火裝置。今天，它廣泛應用于傳感器，執(zhí)行器等。另一方面，當機械應變應用于半導體材料時，其中一些顯示出電阻的變化，稱為壓阻效應。顯示壓阻效應的材料用于壓力傳感器，應變傳感器等。

二硫化錸(ReS 2)是結晶成片狀結構的二維(2-D)材料，作為黑色片狀(板狀晶體)，顯示出與厚度無關的直接帶隙* 1)和各向異性物理性質。它被分類為過渡金屬二硫族化合物* 2)亞組。根據(jù)理論計算，它具有沿不同主軸的兩個各向異性方向。預測兩個各向異性方向對單軸應變的響應不同。在驗證此屬性后，ReS 2應用于準確檢測和識別多維應變/應力和手勢，這將在電子皮膚領域* 3)，人機界面，應變傳感器等領域有廣泛的應用。

來自中國和日本的國際研究團隊，來自天津大學的劉博士和來自金澤大學WPI-NanoLSI的楊博士發(fā)揮了重要作用，不僅證實了二硫化錸的各向異性壓阻效應，而且還發(fā)現(xiàn)了一種新的現(xiàn)象。根據(jù)沿兩個晶軸施加的應變方向，ReS 2的2-D器件顯示出相反的，即正和負壓電阻。

如圖1中示意性描繪的那樣制造ReS 2的 2-D裝置。在使用原子力顯微鏡(AFM)檢查其配置之后，通過光學和電學方法研究各向異性特性。

首先，使用由本研究團隊開發(fā)的反射差顯微鏡* 4)(RDM)進行光學測量。用來自各個方向的偏振光照射厚度為8nm 的ReS 2器件，以確定2-D晶體的兩個軸向(原理)方向(圖2)。

接下來，使用相同的樣品測量電各向異性，用于沿12個方向以30度的間隔進行光學測量。這些測量還確定了顯示110度差異的兩個主要方向。用另一種ReS 2裝置進行相同的測量，但具有不同的厚度(70nm)。后者也產生非常相似的各向異性行為，表明該現(xiàn)象的厚度無關性質。這些結果與以前的工作一致。

如上確定主軸的2-D晶體ReS 2器件沿主軸夾在一端，另一端以指定速度向固定端移動，即施加壓縮應變。該裝置由于應變而產生壓電電阻。在一端固定的情況下，當另一端的壓縮應變恢復到其原始狀態(tài)時，壓電電阻完全恢復。

另一方面，當沿著另一個主軸進行相同的實驗時，由于應變引起的壓電電阻在施加較大應變時較小，而在施加的應變較小時增加。使用不同的ReS 2裝置重復相同的實驗，但結果始終一致。因此，ReS 2 2-D晶體器件顯示出相反的，即取決于主軸的正或負壓電阻。

另外，當使用單個裝置的相同實驗重復28次時，獲得幾乎相同的結果。這表明在對ReS 2裝置施加應變之后，釋放應變允許壓電效應返回其原始狀態(tài)。

雖然壓電效應是由應變引起的帶隙調節(jié)的結果，但壓電效應是晶格的應變依賴性變形的結果。進行了各種電測量，這也表明觀察到的現(xiàn)象是壓電電阻而不是壓電效應。

本研究表明，ReS 2 2-D裝置顯示出相反的，即正和負壓阻，這取決于應用應變的主軸。在先前的研究中未觀察到取決于主軸的這種正和負壓電效應。因此，本研究首次發(fā)現(xiàn)了這種效應。預計這項研究將導致ReS 2廣泛應用于電子產品，如電子皮膚，人機界面，應變傳感器等。