近日，我校材料學(xué)院潘安練教授團(tuán)隊(duì)在《Advanced Materials》（IF=21.950）發(fā)表題為“Rational Kinetics Control toward Universal Growth of 2D Vertically Stacked Heterostructures”的研究論文。課題組博士研究生李方、物電院馮頁新副教授、材料學(xué)院李梓維副教授、材料學(xué)院馬超教授為論文的共同第一作者，潘安練教授為通訊作者。

圖1. 論文題目和作者

二維過渡金屬硫族化合物（TMDCs）具有獨(dú)特的光子和光電子性質(zhì)，其構(gòu)成的二維異質(zhì)結(jié)體系，對(duì)未來新型超薄光電子器件的基礎(chǔ)研究和潛在應(yīng)用具有重要意義。目前，關(guān)于二維垂直異質(zhì)結(jié)的制備技術(shù)主要是機(jī)械剝離及重組技術(shù)，也有少量報(bào)道，利用化學(xué)氣相沉積方法可以實(shí)現(xiàn)部分二維垂直異質(zhì)結(jié)的調(diào)控生長。二維異質(zhì)結(jié)材料的可控生長技術(shù)仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，如異質(zhì)結(jié)外延生長方向難于控制、高溫生長導(dǎo)致的基底材料原子替換和熱分解現(xiàn)象嚴(yán)重、原子級(jí)陡峭的異質(zhì)結(jié)界面難于精準(zhǔn)合成、分子動(dòng)力學(xué)生長機(jī)制不清晰等。因此，探究和理解二維垂直異質(zhì)結(jié)的微觀動(dòng)力學(xué)生長過程，發(fā)展一種普適性的生長方法，并在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的生長與合成，對(duì)該領(lǐng)域發(fā)展迫切需要解決的難題。

圖2. 二維異質(zhì)結(jié)微觀動(dòng)力學(xué)生長過程

研究團(tuán)隊(duì)在氣相生長過程中，通過引入低熔點(diǎn)鹽類化合物，精準(zhǔn)控制生長源之間的比例，在低生長溫度下，實(shí)現(xiàn)了二維異質(zhì)結(jié)從面內(nèi)生長到垂直堆垛生長的可控結(jié)構(gòu)演變。結(jié)合第一性原理理論計(jì)算，深入理解了垂直異質(zhì)結(jié)的微觀生長機(jī)制，發(fā)現(xiàn)高擴(kuò)散勢壘的前驅(qū)體分子有助于在二維基底材料表面垂直成核，最終實(shí)現(xiàn)垂直堆垛的異質(zhì)結(jié)生長。基于對(duì)生長機(jī)理的認(rèn)知，研究者在低溫下實(shí)現(xiàn)了一系列具有高質(zhì)量且無合金化的二維垂直異質(zhì)結(jié)的可控生長，將原有報(bào)道的垂直異質(zhì)結(jié)材料體系（MoS₂/WS₂），拓展到了更大的應(yīng)用范圍（MoS₂/WS₂, WSe₂/MoSe₂, WS₂/MoSe₂, WS₂/WSe₂, MoS₂/MoSe₂, MoS₂/WSe₂, WS₂/NbS₂, MoS₂/NbS₂）。該研究工作不僅為二維垂直異質(zhì)結(jié)的普適性生長提供了重要的理論支持，并極大地促進(jìn)了二維材料異質(zhì)結(jié)的合成技術(shù)發(fā)展，為未來基于二維材料的新型光電子器件的應(yīng)用提供了重要的材料平臺(tái)。

圖3. 二維垂直異質(zhì)結(jié)的可控構(gòu)筑

上述研究得到國家自然科學(xué)杰出青年基金、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金海外及港澳學(xué)者合作研究基金、湖南省自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金等項(xiàng)目的支持。

文章詳見鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901351

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