二维范德华异质结构（vdWHs）引起了人们的极大兴趣。但是，到目前为止，大多数报告的vdWH都是由艰苦的微机械剥落和手动重新堆叠过程造成的，尽管这对于概念验证及基础研究是通用的，但显然无法扩展到实用技术。
2020年3月11日，湖南大学化学化工学院段曦东及加利福尼亚大学洛杉矶分校Duan XiangFeng共同通讯在Nature发表题为“General synthesis of two-dimensional van der Waals heterostructure arrays”的研究论文，该研究报告了在金属过渡金属二卤化物（m-TMDs）和半导体TMD（s-TMDs）之间的二维vdWH阵列的一般合成策略。
通过选择性地对单层或双层s-TMD上的成核位点进行构图，改研究可以在预定的空间位置以可设计的周期性排列和可调整的横向尺寸精确控制各种m-TMD的成核和生长，从而产生一系列vdWH阵列，包括VSe2 / WSe2 ，NiTe2 / WSe2，CoTe2 / WSe2，NbTe2 / WSe2，VS2 / WSe2，VSe2 / MoS2和VSe2 / WS2。系统扫描透射电子显微镜研究表明，近乎理想的vdW界面具有可广泛调节的莫尔超晶格。借助原子vdW接口，该研究进一步证明了m-TMD可作为基础WSe2的高度可靠的合成vdW触点，具有出色的器件性能和良率，在双层WSe2中提供高达900微安/微米的高导通电流密度晶体管。这种多样化的二维vdWH阵列的一般综合为探索奇异物理提供了通用的材料平台，并有望为高性能设备提供可扩展的途径。
二维（2D）过渡金属二硫化碳（TMD），包括2D半导体TMD（s-TMDs），例如MoX2和WX2（其中X = S，Se，Te），以及它们的金属对应物（m-TMDs），诸如VX2，NbX2和TaX2之类的材料作为原子稀薄的基础材料以及在单个原子厚度限制下的新颖装置的基础上已经引起了人们的浓厚兴趣。特别是，二维材料的范德华（vdW）集成创建了新一代的vdW异质结构（vdWHs），超出了常规键合异质结构中晶格匹配和加工兼容性要求所设定的限制。因此，它具有前所未有的灵活性，可以将化学成分，晶体结构或晶格取向完全不同的材料组合在一起，产生独特的电子和光子特性或其他奇特特性，而这些特性超出了现有材料系统的范围，并实现了全新的设备功能。
但是，迄今为止，大多数vdWH都是通过艰巨的微机械剥落和手动重新堆叠过程创建的，尽管该过程对于基础研究和概念验证演示具有通用性，但对于实际技术而言显然是不可扩展的。要探索vdWH的全部潜力，需要对vdWH阵列进行可靠且可扩展的合成，并精确控制其化学成分，电子特性和空间位置，这仍然是该领域面临的挑战。
尽管在合成二维横向异质结构，多异质结构和超晶格方面已取得了可观的进展，但高质量二维vdWHs的受控合成却要少得多。最近有报道称2D vdWHss外延生长vdWHs，但其中许多努力还是依靠偶然的成核和生长，而合成控制却十分有限。例如，迄今为止尚未实现周期性2D vdWH阵列的受控合成，这是实现可伸缩集成的必要步骤。
该研究报告了在金属过渡金属二卤化物（m-TMDs）和半导体TMD（s-TMDs）之间的二维vdWH阵列的一般合成策略。通过选择性地对单层或双层s-TMD上的成核位点进行构图，改研究可以在预定的空间位置以可设计的周期性排列和可调整的横向尺寸精确控制各种m-TMD的成核和生长，从而产生一系列vdWH阵列，包括VSe2 / WSe2 ，NiTe2 / WSe2，CoTe2 / WSe2，NbTe2 / WSe2，VS2 / WSe2，VSe2 / MoS2和VSe2 / WS2。系统扫描透射电子显微镜研究表明，近乎理想的vdW界面具有可广泛调节的莫尔超晶格。
借助原子vdW接口，该研究进一步证明了m-TMD可作为基础WSe2的高度可靠的合成vdW触点，具有出色的器件性能和良率，在双层WSe2中提供高达900微安/微米的高导通电流密度晶体管。这种多样化的二维vdWH阵列的一般综合为探索奇异物理提供了通用的材料平台，并有望为高性能设备提供可扩展的途径。
参考消息：
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2098-y