二維過渡金屬硫族化合物（TMDCs）具有獨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。

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目前，關(guān)于二維垂直異質(zhì)結(jié)的制備技術(shù)主要是機械剝離及重組技術(shù)，也有少量報道，利用化學氣相沉積方法可以實現(xiàn)部分二維垂直異質(zhì)結(jié)的調(diào)控生長。

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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)象嚴重、原子級陡峭的異質(zhì)結(jié)界面難于精準合成、分子動力學生長機制不清晰等。

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?二維異質(zhì)結(jié)微觀動力學生長過程

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因此，探究和理解二維垂直異質(zhì)結(jié)的微觀動力學生長過程，發(fā)展一種普適性的生長方法，并在實驗上實現(xiàn)精準的生長與合成，對該領(lǐng)域發(fā)展迫切需要解決的難題。

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近日，湖南大學材料科學與工程學員潘安練教授團隊在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。

研究團隊在氣相生長過程中，通過引入低熔點鹽類化合物，精準控制生長源之間的比例，在低生長溫度下，實現(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。

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二維垂直異質(zhì)結(jié)的可控構(gòu)筑

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結(jié)合第一性原理理論計算，深入理解了垂直異質(zhì)結(jié)的微觀生長機制，發(fā)現(xiàn)高擴散勢壘的前驅(qū)體分子有助于在二維基底材料表面垂直成核，最終實現(xiàn)垂直堆垛的異質(zhì)結(jié)生長。

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基于對生長機理的認知，研究者在低溫下實現(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）。

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不同垂直堆垛異質(zhì)結(jié)的原子結(jié)構(gòu)

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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。

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

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課題組博士研究生李方、馮頁新副教授、李梓維副教授、馬超教授為論文的共同第一作者，潘安練教授、段鑲鋒教授為通訊作者。

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Li F, Feng Y, Li Z, et al. Rational Kinetics Control toward Universal Growth of 2D Vertically Stacked Heterostructures[J]. Advanced Materials, 2019: 1901351.