段鑲鋒、黃昱、廖蕾最新Nature：單層原子晶體分子超晶格！

第一作者：Chen Wang

通訊作者：段鑲鋒、黃昱、廖蕾

第一單位：加州大學洛杉磯分校（美國）

基於二維原子晶體範德華異質結構，譬如石墨烯和MoS2，可以構建人工超晶格，實現目前材料和工程體系無法實現的功能。構建這種人工超晶格的策略主要有兩種：

1）自上而下：通過層層剝離和重新堆疊技術實現組裝。其主要問題助於產量和可重複性問題上。

2）自下而上：利用CVD得到高品質的異質結構。但是不太適合高級次超晶格的構建。

除此之外，鹼金屬離子插層二維原子晶體似乎是一個不錯的方向，問題在於，穩定性不佳，電學性能發生改變。

圖1.示意圖

有鑒於此，加州大學洛杉磯分校段鑲鋒課題組、黃昱課題組以及湖南大學廖蕾課題組合作報道了一種電化學分子插層方法，開發了一類單層原子晶體和分子層相互交替的穩定超晶格材料。

研究人員以黑磷作為模型研究體系，CTAB作為插層分子，產生單層磷烯超晶格。層間距是黑磷中的2倍以上，有效隔離各個單層。

圖2.結構表徵

圖3.電學性能

電學傳遞研究表明，基於這種單原子層分子超晶格製造的晶體管的ON/OFF電流比例高達107，且具有優異的遷移性和穩定性。進一步，研究人員通過不同尺寸和對稱性的季胺分子來進行插層，將黑磷體系成功拓展到MoS2以及WSe2等材料體系中，開發了一類分子結構、層間距、相組成以及電學光學性能可控的全新超晶格。

圖4.體系拓展

總之，這項研究為超晶格材料的開發提供了一個良好的平台，為材料和工程體系提供了潛在的應用！

Chen Wang, Lei Liao, Yu Huang, XiangfengDuan et al. Monolayer atomic crystal molecular superlattices. Nature 2018, 555,231–236.

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