二维材料的兴起为突破传统半导体在摩尔时代的物理极限提供了新的可能性。然而，高迁移率稳定p型二维半导体材料的开发仍面临重大挑战。在众多候选材料中，碲（Te）因其独特的物理特性脱颖而出：其高空穴迁移率、优异的化学稳定性以及显著的偏振光电响应特性，使其成为p型二维半导体的理想选择。特别值得注意的是，碲具有各向异性的晶体结构和厚度依赖的带隙特性，这些特性使其在下一代电子和光电子器件应用中展现出独特优势，近期研究已证实其卓越的性能表现。此外，碲的本征拓扑特性（包括强自旋-轨道耦合效应和费米能级以下的外尔点）使其兼具拓扑半导体特征，这类新型量子材料为拓扑物理与传统半导体技术的融合提供了重要平台。碲材料在电荷输运性能、环境稳定性与拓扑特性等方面展现出的协同效应，使其有望成为推动先进电子器件、光电子器件和量子信息系统等领域发展的突破性材料。
二维半导体材料凭借其原子级厚度和高度的可调控性，为解决传统半导体面临的短沟道效应和表面缺陷等关键问题提供了新途径，因此有望进一步延续摩尔定律并提升芯片集成密度二维材料。然而，受表面效应和晶格特性的影响，二维材料通常表现为 n 型或以 n 型为主的双极半导体行为。这一特点限制了二维材料在需要p型半导体协同构建的场效应晶体管（FET）、互补金属氧化物半导体（CMOS）电路以及高效光电器件的构建。因此，探索与n型二维半导体互补的高性能p型低维半导体材料成为了后摩尔时代的迫切需求。此外，二维材料超高的比表面积极易引入晶格缺陷并引起的表面声子散射，导致其载流子迁移率相对不足。因此，探索具有高空穴迁移率的 p 型二维半导体对低维电子学至关重要。在众多二维材料中，黑磷呈现出以 p 型为主的双极特性，在室温下其空穴迁移率高达1000 cm2/(V⋅s) 。然而，黑磷表面和边缘的孤对电子导致其化学活性过高，在大气及其他有水氧存在的环境下会迅速降解，极大的限制了它与传统半导体集成工艺的兼容性，也影响了其长期稳定性。因此，寻找能在大气环境中稳定存在且具有高迁移率的 p 型二维半导体，时后摩尔时代二维半导体材料研究中极具科研价值的重要方向。
碲作为一种硫族元素半导体，具有独特的各向异性三角晶体结构，由范德华键连接的分子链排列组成，该结构使得碲单质能够以一维和二维的形式稳定存在。与石墨烯和黑磷类似，低维碲独特的结构和元素特征使其不仅具有低维材料无悬挂键、原子级厚度、机械性能优异的优势，还具备单质半导体组份简单、可调控性等高优势。更加令人印象深刻的是二维碲作为一种 p 型半导体，不仅具有出色的空穴迁移率 [1370 cm2/(V⋅s)] ，还表现出卓越的化学稳定性，同时其带隙随厚度可调（从体相的 0.31 eV 到单层的 1.04 eV）。除了出色的半导体特性，碲的各向异性晶体结构还赋予了其偏振光电响应，再配合其出色的耐久性、迁移率和 p 型特性，使二维碲成为构建高性能、可靠的二维电子和光电器件的关键材料体系。
上述独特优势使得二维碲其成为了当代前沿研究的热点。近期的一篇综述 [Front. Phys. (Beijing) 18 (3), 33601 (2023)] 全面阐述了二维碲的重要意义，系统地详述了其独特的结构属性和制备方法，并强调了二维碲在下一代电子学和光电子学中的前沿应用。具体而言，该综述深入介绍了二维碲的制备方法，如水热法、液相剥离法、化学气相沉积法和物理气相沉积法，以及对其形貌、厚度和晶体质量精确调控的研究进展。在应用方面，该综述聚焦于二维碲基场效应晶体管、宽带光电探测器和范德华异质结构光电二极管等器件，并总结了它们在性能方面的最新成果。例如，在六方氮化硼衬底上制备的碲基场效应晶体管可实现高达1370 cm2/(V⋅s)的空穴迁移率 ，超越了大多数二维材料；基于碲的光电探测器展现出从可见光到中红外（500-2500 nm）的超宽光响应范围，特定探测率高达1.23×1012Jones；在先进的偏振敏感成像和红外探测技术方面，基于碲的范德华异质结可实现具有显著的偏振灵敏度和超过105的光电流开关比的高性能、自供电的光电探测器。该综述还探讨了二维碲的可控的合成技术及器件优化策略创新，并基于上述发展进一步强调了推进碲基技术面临的新挑战和机遇。
二维半导体除了在电子学和光电子学领域的广泛应用，其独特的晶体结构使其还成为构建具有独特非平凡能带结构和载流子输运特性的拓扑量子器件的理想材料。然而，目前对外尔费米子和外尔物理的研究主要局限于半金属体系，从器件构建角度来看更具意义的具有新颖拓扑性质和半导体特征的拓扑外尔半导体仍有待探索。此外，多种低维材料体系的拓扑特性通常依赖外部场的调制（如电场、磁场、应变或压力）来诱导拓扑相变。因此，探索本征同时具有拓扑性质和半导体特征的材料，对于推动下一代量子器件的发展至关重要。
碲的本征手性螺旋晶体结构缺乏空间反演对称性但保留了旋转对称性，使其能带结构中存在强自旋-轨道耦合和对称性保护的外尔点，因此碲无需外部调制即可展现出本征拓扑性质。在现有研究中，碲已经展现出了负纵向磁阻、平面霍尔效应和圆偏振光电等效应，其磁电阻和霍尔数据在超越量子极限的区域存在对数周期性振荡，证明了碲体系的离散标度不变性，是该体系存在外尔费米子的有力证据。与传统拓扑半金属不同，碲的外尔点位于价带顶部（大约在费米能级以下 -0.20 eV 处），赋予了该体系包括贝里曲率在内的非平凡拓扑性质和半导体带隙特征，使碲成为了新一类开创性的拓扑材料即 “拓扑半导体”。这一材料体系为探索半导体中拓扑态的存在和可调控性提供了基础科学模型 ，显著推动了拓扑物理与传统半导体技术的融合。在最新的研究中，碲体系中观测到了由拓扑特征诱导的室温非线性霍尔效应，并且其半导体特征使其能够通过栅极偏压进行独特的调控。这种可调控性在非线性霍尔效应中进一步实现了无耗散的霍尔响应，为热释电探测器提供了潜在应用，证明了拓扑半导体的重要性。同样，半导体特征使栅极偏压能够将费米能级从价带顶部调至带隙中，远离外尔节点，从而实现与手性相关的拓扑输运的抑制以及负纵向磁阻的消除。因此，碲作为一种开创性的拓扑半导体材料体系，为下一代量子器件的发展开辟了道路，这类器件能够将拓扑态与传统半导体功能无缝集成，为未来量子技术的创新应用提供了一个充满前景的平台。
综上所述，高空穴迁移率、稳定性和拓扑性质的独特结合，使碲成为从场效应晶体管到量子器件等广泛应用领域的极具前景的材料。近年来，除了其出色的半导体和拓扑特性外，碲在热电、忆阻器、应变工程等领域也取得了显著进展。随着研究的不断深入，碲有望在低维材料体系中发挥关键作用，尤其是在克服其合成和集成方面的挑战后，可以为电子学、光电子学及其他领域的未来发展带来更多可能。
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