7月21日，中国人民大学物理系学季威副教授研究组的论文“多层黑磷中的高迁移率各向异性电导和光线性二色性”发表在《自然》子刊《自然•通讯》杂志上【Nature Communications 5, 4475 (2014)】。
该研究在国际上首次使用理论计算对多层黑磷材料的几何和电子结构进行了系统研究，发现了多层黑磷的奇特物性，独立预测多层黑磷材料的直接带隙半导体特性、层厚相关带隙调控、高载流子迁移率和各向异性的力学和输运性质，并与实验相互印证；此外，研究还预言了该材料特殊的层间作用机制和光学线性二色性。这些研究结果开拓了电子信息材料研究的新领域，为寻找新兴光电信息材料提供了新思路，并为深入理解该材料的物理、化学特性提供了重要证据。博士生乔婧思和孔祥华是该论文的共同第一作者，这也是中国人民大学首次在《自然·通讯》上发表独立研究成果。
图a：多层黑磷的结构透视图；图b：计算得到的双层黑磷结构的价带顶和导带底波函数分布；图c：利用黑磷的光学线性二色性性质，论文提出的采用光学谱学方法确定多层黑磷取向并由此制备器件的示意图。
随着电子器件的尺寸不断减小，工业界一直在寻找一种可以替代硅的新材料用于制造电子器件，尤其是逻辑器件。这种材料需要具有一个不小于0.4 eV的带隙，有较高的载流子迁移率，并可以与电极较好地接触。自石墨烯（单层石墨）被成功制备以来，科学家们笃信有望在二维材料中找到一种满足上述需求的材料。然而，被寄予厚望的石墨烯虽然具有较高的迁移率，但却很难得到合适的带隙；而后起之秀过渡金属硫族化合物虽然具有合适的能隙，但其迁移率却不够高。单（多）层黑磷则集中了这两者的优点，它不但被预测具有较大的直接带隙～1.5eV，同时也有极高的迁移率～10000 cm2 V-1 s-1。
黑磷是磷的一种稳定的同素异形体，具有层状结构，可以被较容易的解离成单（多）层。该研究表明，各向异性是多层黑磷的最显著特征之一，体现在光学、电学和力学性质等方面。例如，单层黑磷可以在一个方向上吸收全部可见光，而在另一个方向上允许可见光全部通过。这些奇特性质的预测对多层黑磷材料的进一步应用具有重要意义。
《自然》杂志是英国自然集团出版的旗舰期刊，与美国国家科学促进会主办的《科学》杂志被广泛认为是两本最权威的自然科学综合性期刊。《自然·通讯》是《自然》杂志子刊，主要出版自然科学各领域具重大突破的高质量研究成果。该刊2010年4月创刊，2012年的影响因子为10.015。
