【高水平论文抢鲜看】段镶锋教授团队在《Science》发文(图文)|Science|异质结|超晶格

近日，国际顶级学术期刊《Science》发表了我校化学化工学院段镶锋教授、段曦东教授为通讯作者的论文《二维异质结、多异质结、超晶格的通用制备》。该研究论文是二维材料领域重要研究进展，为未来研制超薄电子、光电子器件，推进二凝聚态物理迈出了重要的一步。这是我校首次以第一单位、通讯作者单位在NSC系列杂志（Nature、Science、Cell）上发表科研论文，取得了历史性的突破。论文的主体工作是在湖南大学校内完成的。论文通讯作者段镶锋为美国加州大学洛杉矶分校教授，同时也是我校特聘教授；另一位通讯作者段曦东为我校化学化工学院教授。论文的第一作者为我校化学化工学院一年级博士生张正伟和博士后陈鹏。

近年来，具有原子级厚度的二维材料引起了科学界的广泛兴趣。它们是一类新颖的超薄材料，具有不同于已有材料的特殊性能。在科学上，可以借助它们观察到新的物理现象，发现新的物理规律。在技术上，它们有可能成为下一代的电子学和光电子学材料，并可能在传感、催化等领域获得广泛应用。为了充分实现二维材料在科学技术上的应用，需要发展更可控的方法来制备二维材料及其异质结和超晶格。以往制备二维异质结的方法基本局限于机械转移方法，制备出来的是垂直异质结。由于受到制备技术的限制，有关二维横向异质结的研究进展缓慢。通常，制备二维横向异质结需要进行多步生长，每一步需要供应不同的生长源以及设置不同的生长条件。然而，原子级厚度的二维晶体很难在经过多步生长后仍然能够保持较高的晶体质量。因此，制备横向二维多异质结及其超晶格结构目前仍然是一个非常大的挑战。

改进的化学气相沉积系统示意图及二维异质结、多异质结和超晶格结构示意图

段镶锋教授团队通过改进传统的热化学气相沉积方法，创造性地在生长条件稳定化的过程中引入冷的逆向气流，成功解决了多步生长过程中二维超薄材料的热稳定和可控成核问题。由于每一步的生长都具有高度的可控性，所以这种方法可以制备多种多样的单原子层异质结、多异质结和超晶格。论文示范了利用该方法制备界面原子级平整的单层异质结(如WS2-WSe2、WS2-MoSe2)、多异质结(如WS2-WSe2-MoS2、WS2-MoSe2-WSe2)和超晶格(如WS2-WSe2-WS2-WSe2-WS2)，并证实WS2-WSe2异质结具有良好的p-n结整流特性。

第一作者博士生张正伟(左)、陈鹏博士(右)和通讯作者段曦东教授(中)合影

他们的研究成功解决了二维异质结、多异质结及超晶格制备所面临的关键性难题，为进一步的基础研究和潜在应用研究奠定了坚实的基础。该研究使我们具备了观察物质在二维情况下的特殊物理现象、发现新的物理规律的更加坚实的物质基础；也使得各种基于二维电子、光电子的性能更加优良的可穿戴电子设备、柔性电子设备、特高集成度电子设备成为可能。