范德華異構結構最新Nature：通過卷起合成高階超晶格

木文韜 2年前 (2021-03-18) 4222瀏覽

【引言】

原子薄的2D層狀材料的出現，為探索單原子層或幾個原子層前所未有的性能或獨特功能的功能器件開辟了新的途徑。在孤立的2D原子層之外，不同的2D材料，如石墨烯、六方氮化硼和過渡金屬二硫化物的混合和匹配，使得創造2D?vdW異質結構和vdW超晶格的靈活性大大超過了晶格匹配要求的限制。這些異質結構和超晶格為工程人造材料引入了一種范式，具有可設計的結構和電子特性，并實現了現有材料無法實現的功能。到目前為止，2D vdW異質結構和vdW超晶格大多是通過機械剝落和逐層重堆積得到的。這種方法通常用于從各種層狀晶體中制備不同的異質結構，但通常具有有限的產量和重現性。另外，化學氣相沉積（CVD）方法也被用于直接合成2D vdW異質結，但這些方法通常也局限于只有兩個或幾個不同塊的低階結構。使用連續的vdW外延生長來產生高階vdW超晶格，需要在不同的化學和熱環境之間反復切換，這通常會導致原子薄晶體嚴重的結構退化。雖然通過精心的合成設計可以部分緩解這一挑戰，使2D橫向超晶格成功生長，但采用類似策略生長高階2D vdW超晶格更具挑戰性，目前尚未實現。此外，最近還報道了一種形成高階超晶格的電化學分子插層方法，但它只限于選定的分子體系。盡管付出了大量的努力并成功地構建了多種vdW異質結構，但制造高階穩定的vdW超晶格仍然是一個挑戰。

【成果簡介】

今日，在美國加州大學洛杉磯分校段鑲鋒教授和湖南大學段曦東教授（共同通訊作者）團隊等人帶領下，報告了一種通過卷起vdW異質結構來實現高階vdW超晶格的直接方法。研究表明，可以利用毛細管力驅動的卷起過程將合成的SnS₂/WSe₂?vdW異質結構從生長基底上分層，并產生具有交替WSe₂和SnS₂單層的SnS₂/WSe₂卷成，從而形成高階SnS₂/WSe₂?vdW超晶格。這些超晶格的形成可以調控電子帶結構和維度，從而實現傳輸特性從半導體到金屬、從2D到1D的轉變，并具有角度相關的線性磁阻。這一策略可以擴展到創建不同的2D/2D vdW超晶格、更復雜的2D/2D/2D vdW超晶格以及其他2D材料，包括3D薄膜材料和1D納米線，生成混合維度的vdW超晶格，如3D/2D、3D/2D/2D、1D/2D和1D/3D/2D vdW超晶格。該研究展示了一種生成高階vdW超晶格的通用方法，其具有廣泛的材料組成、尺寸、手性和拓撲結構，為基礎研究和技術應用定義了豐富的材料平臺。相關成果以題為“High-order superlattices by rolling up van der Waals heterostructures”發表在了Nature。