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最新！湖南大学段曦东团队4篇Nature/Nature Nanotechnology
FUTURE | 远见 闵青云 选编
二维 (2D) 异质结构阵列的可控生长对于探索奇异物理和开发新型器件至关重要，但它仍然是一项重大的合成挑战。
第一篇
2022年4月18日，湖南大学段曦东团队在Nature Nanotechnology发表题为「Endoepitaxial growth of monolayer mosaic heterostructures」的研究论文，该研究报告了一种在单层二维原子晶体中制造镶嵌异质结构阵列的合理合成策略。通过使用激光图案化和各向异性热蚀刻工艺，该研究在二维晶体中创建了具有精确控制尺寸和原子级清洁边缘的周期性三角形孔阵列，作为另一个二维晶体的内外延生长的稳健模板，以获得单层镶嵌异质结构的异质结界面。
系统的微观结构和光谱表征揭示了整个镶嵌异质结构中化学成分、晶格应变和电子带隙的周期性调制。具有高水平合成控制的单层镶嵌异质结构的稳健增长为能带结构工程和空间调制原子薄二维晶体中的潜在景观开辟了道路，为基于二维异质结构的复杂器件和集成电路的基础研究和开发建立可设计的材料平台。
二维 (2D) 材料及其异质结构已成为一种非常令人兴奋的材料系统，可用于探索奇异物理并在单原子或少数原子厚度的限制下创造新的器件功能。特别是，原子级薄的二维薄片可以很容易地通过块状层状晶体的机械剥离来制备，并且可以通过高度通用的手动重新堆叠方法获得高质量的异质结构。
这种现成的二维材料和异质结构推动了基础研究和基本设备演示的快速扩展，但另一方面，也部分地阻碍了实现二维材料和异质结构的直接合成控制的努力。出于这个原因，迄今为止对二维材料的大量研究仅限于机械剥离材料和/或手动重新堆叠的异质结构。二维材料的合成控制，特别是它们的异质结构，通常远远落后。
尽管最近在 2D 材料或其异质结构的合成控制方面做出了努力，但 2D 异质结构阵列的可扩展性和稳健增长仍然是该领域的一项关键挑战，因为这些原子薄材料的高度精密性以及精确控制原子薄晶体的成核和生长的极端困难。目前合成二维晶体的方法通常依赖于生长衬底上随机缺陷处的机会成核，对空间位置、域大小或异质结构的控制相当有限。
已经探索了各种光刻或纳米制造技术来图案化成核位点和随后的异质结构阵列的再生长。然而，当前的处理方法（例如光刻和聚焦离子束技术）通常会留下不希望的残留物或导致粗糙的边缘终止，这可能会充当不受控制的成核位点，从而产生具有部分无序界面或层厚度控制不足的异质结构。到目前为止，具有原子级清洁界面的单晶面内异质结构阵列的受控生长、高度合成控制的清晰体现和可扩展集成的必要步骤尚未实现，并且仍然是推动该领域发展的关键挑战。
在这里，该研究报告了一种合理的内外延方法，通过使用周期性图案化的二维晶体（例如WS2 或 WSe2) 作为生长模板，精确控制成核和生长过程。通过在微腔中结合激光图案化方法和各向异性热蚀刻工艺，该研究表明可以在具有精确控制的横向尺寸和原子级清洁边缘的单层 WS2 单晶中创建高度规则的周期性三角形孔阵列，这可以作为独特的成核位点，用于单层 WSe2 或 MoS2 的高度稳健的内外延生长，并产生镶嵌图案的周期性 WS2-WSe2、 WS2-MoSe2 和 WSe2-MoSe2 横向异质结构阵列。
由此产生的镶嵌异质结构显示出对化学成分和晶格应变的系统可调调制，这反过来又可以在原子薄的二维晶体中产生空间调制的电子能带结构和潜在的景观。单层镶嵌异质结构的强劲增长展示了前所未有的合成控制水平，标志着朝着为基础研究和从二维异质结构开发复杂器件和集成电路建立稳健的材料基础迈出了关键一步。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-022-01106-3
第二篇
2021年3月17日，湖南大学段曦东和加利福尼亚大学洛杉矶分校段镶锋共同通讯（湖南大学为第一单位）在Nature发表题为「High-order superlattices by rolling up van der Waals heterostructures」的研究论文，该研究报告了一种通过汇总vdW异质结构来实现高阶vdW超晶格的简单方法。这项研究证明了生产具有广泛变化的材料成分，尺寸，手性和拓扑结构的高阶vdW超晶格的通用方法，并为基础研究和技术应用定义了丰富的材料平台。
第三篇
2020年3月11日，湖南大学段曦东及加利福尼亚大学洛杉矶分校段镶锋共同通讯在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。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。
第四篇
2014年9月28日，湖南大学段曦东、潘安练及加利福尼亚大学洛杉矶分校段镶锋共同通讯在Nature Nanotechnology发表题为「Lateral epitaxial growth of two-dimensional layered semiconductor heterojunctions」的研究论文，该研究报告了在这些二维晶体的生长过程中通过原位调制气相反应物来生长成分调制的 MoS2-MoSe2 和 WS2-WSe2 横向异质结构。拉曼和光致发光映射研究表明，所得异质结构纳米片表现出清晰的结构和光学调制。透射电子显微镜和元素映射研究揭示了单晶结构，在异质结构界面上硫和硒的分布具有相反的调制。电传输研究表明，WSe2-WS2 异质结形成横向 p-n 二极管和光电二极管，可用于创建具有高电压增益的互补逆变器。该研究是层状半导体异质结构发展的重要进展，是实现功能电子学和光电子学的重要一步。
--iNature
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