【原】材料|美国西北大学绘制二维材料纳米异质结构指导蓝图，指导二维材料的制造，满足下一代计算机使用需求

美国西北大学研发出了一个蓝图，可指导使用不同类型二维材料制造新的异质结，研究成果发表在《应用物理杂志》。二维材料为单原子层材料，能够像“纳米互锁组成块”那样堆叠，有巨大发展潜力。

图顶部：垂直MoSe₂-WSe₂异质结、放射状MoS₂-WS₂异质结、混合MoS₂-WS₂异质结、MoSe₂-WSe₂合金

图底部：垂直MoSe2-WSe2异质结晶体结构模型

核心进展

论文作者之一Jeffrey Cain表示：“我们描画出一种简单、确定和易于操作的方法以在自然界从未见过的方法来堆叠和部署这些独立的层”。Cain此前在西北大学，现在劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学。

图为异质结晶体结构示意图和组成块展示。（a）垂直结构、（b）散射结构、（c）混合结构和（d）合金。

应用前景

Cain解释道：“我们的想法是能够以任何顺序组合这些二维材料，并且形成一个带有已知特性的异质结构的结构库。”然后，科学家可从该结构库中选择合适的异质结构来满足其所需的应用。如，计算机产业正在试图将晶体管变得更小和更快来增加计算效能，带有令人喜欢特性的纳米级半导体能够用于下一代计算机用晶体管的制造。

研究过程

到目前为止，科学家缺少明确的方法来制造异质结，也不足以实现该结构库。在此次研究中，研究人员寻求解决这些制造问题。在确定趋势后，他们选择了四种不同类型的二维材料，测试了不同条件来确定生长特定异质结的参数，四种材料分别是二硫化钼和联硒化物、二硫化钨和联硒化物。研究人员使用显微镜学和光谱学技术，以全面表征单原子层最终产品的特性。

研究团队受经典材料中的时间-温度转化范式技术所启发，描绘出了热和冷的边界，产生精确的金属化微结构。基于该方法，研究人员将其发现打包装进一个名为“时间-温度架构范式”的图解技术。

意义

“人们此前对特定的形态学写了大量论文，但我们对所有成果进行了统一，并用一种技术支撑了这样一整代形态。”Cain说。统一的“时间-温度架构范式”提供可产生大量异质结构形态学和组合物所需要的具体条件的指导。使用这些范式，研究人员研发出了一个独特的库，库中是带有物理学家和材料科学家感兴趣的物理特性的纳米结构。

下一步工作

西北大学科学家现在检查其结构库中一些材料所展现出的行为，例如电流流过材料间缝合接口。研究人员希望他们的蓝图设计能够在这四种材料之外更广阔的领域仍然适用。“该‘时间-温度架构范式’将在每种新材料的使用中进行更新，但是我们认为该想法对于其他材料系统是可用和可扩展的”。

资金支持

该研究部分得到了国家科学基金会（NSF）资金支持。Jeffrey D. Cain本人得到美国国防部通过NSF提供的资金支持，以及工程奖学金。

参考文献

Jeffrey D. Cain, Eve D. Hanson, Vinayak P. Dravid.Controlled synthesis of 2D MX2 (M = Mo, W; X = S, Se) heterostructures and alloys. Journal of Applied Physics, 2018; 123 (20): 204304 DOI: 10.1063/1.5025710