湖南大学潘安练AM：二维垂直异质结可控生长

近日，湖南大学潘安练教授团队在《Advanced Materials》（IF=21.950）发表题为“Rational Kinetics Control toward Universal Growth of 2D Vertically Stacked Heterostructures”的研究论文。课题组博士研究生李方、物电院冯页新副教授、材料学院李梓维副教授、材料学院马超教授为论文的共同第一作者，潘安练教授为通讯作者。

二维过渡金属硫族化合物（TMDCs）具有独特的光子和光电子性质，其构成的二维异质结体系，对未来新型超薄光电子器件的基础研究和潜在应用具有重要意义。目前，关于二维垂直异质结的制备技术主要是机械剥离及重组技术，也有少量报道，利用化学气相沉积方法可以实现部分二维垂直异质结的调控生长。二维异质结材料的可控生长技术仍面临着诸多挑战，如异质结外延生长方向难于控制、高温生长导致的基底材料原子替换和热分解现象严重、原子级陡峭的异质结界面难于精准合成、分子动力学生长机制不清晰等。因此，探究和理解二维垂直异质结的微观动力学生长过程，发展一种普适性的生长方法，并在实验上实现精准的生长与合成，对该领域发展迫切需要解决的难题。

图2. 二维异质结微观动力学生长过程

研究团队在气相生长过程中，通过引入低熔点盐类化合物，精准控制生长源之间的比例，在低生长温度下，实现了二维异质结从面内生长到垂直堆垛生长的可控结构演变。结合第一性原理理论计算，深入理解了垂直异质结的微观生长机制，发现高扩散势垒的前驱体分子有助于在二维基底材料表面垂直成核，最终实现垂直堆垛的异质结生长。基于对生长机理的认知，研究者在低温下实现了一系列具有高质量且无合金化的二维垂直异质结的可控生长，将原有报道的垂直异质结材料体系（MoS2/WS2），拓展到了更大的应用范围（MoS2/WS2, WSe2/MoSe2, WS2/MoSe2, WS2/WSe2, MoS2/MoSe2, MoS2/WSe2, WS2/NbS2, MoS2/NbS2）。

该研究工作不仅为二维垂直异质结的普适性生长提供了重要的理论支持，并极大地促进了二维材料异质结的合成技术发展，为未来基于二维材料的新型光电子器件的应用提供了重要的材料平台。

图3. 二维垂直异质结的可控构筑

上述研究得到国家自然科学杰出青年基金、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金海外及港澳学者合作研究基金、湖南省自然科学优秀青年基金等项目的支持。

文章详见链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901351