第十三届全国青年表面工程学术会议

109 / 2021-04-02 13:49:23

界面电输运机理及电接触材料设计

二维材料；电接触；摩擦；第一性原理；异质界面

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在微纳器件中，如何实现滑动界面低摩擦、低电阻的接触是一个关键的问题。二维材料由于层间的弱范德华作用，可以在特定条件下实现近零摩擦磨损的超滑，因此有希望用于解决微纳器件中的摩擦磨损问题。然而二维材料和金属之间的接触电阻往往很高，且关于二维界面的电输运机理目前还缺乏深入的研究，尤其是界面原子堆垛对电导的影响，这阻碍了二维材料的电接触设计。因此，我们需要深入的研究二维界面的电输运机理，并提出一种能够同时具备低摩擦和低电阻的滑动电接触设计。

我们采用导电原子力显微镜，密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的方法，研究了石墨烯/Ru界面的原子尺度电输运机理。在此基础之上，我们提出了描述二维界面的接触质量与原子堆垛结构之间的关系的理论模型（ACQ模型）。这个模型可以用来描述接触电阻的原子尺度空间调制现象，并揭示了双层石墨烯在小扭转角下接触电导的反常非单调变化。基于对二维界面电输运机理的认识，我们设计了能够在超滑状态下实现低电阻欧姆接触的Ti-MoS_1.5-Gr-Ti体系。相比于传统的Cu-MoS₂-MoS₂-Cu体系，Ti-MoS_1.5-Gr-Ti体系摩擦力可以降低一个量级以上，接触电导提高接近一倍。