二维材料的单原子层替换技术

结构上的非对称性对二维材料的电子能带结构有重要影响。许多工作致力于破坏石墨烯的面内对称性，其中包括在石墨烯AB堆叠双层施加电场、堆叠范德瓦尔斯异质结等等。相比之下，过渡金属硫化物单层材料本身就具有面内的非对称性，该非对称性导致了其具有直接带隙、非同一般的光学性能等等，让过渡金属硫化物二维材料在光电领域有重大应用。除了过渡金属硫化物二维材料面内反演非对称性，如果能够破坏过渡金属硫化物二维材料面外镜面对称性，将给自旋操作带来额外的自由度。近日，来自加州大学伯克利分校的张翔院士和沙特阿卜杜拉国王科技大学Lain-Jong Li（共同通讯）利用用化学气相沉积的方法在蓝宝石衬底的c面生长二硫化钼单层材料，然后剥离掉二硫化钼单层材料顶层的硫原子，其是通过远程氢等离子体，用氢原子取代硫原子实现的。在保持真空度的条件下，对材料进行硒化，用硒原子取代氢原子，从而制得面外非对称性的MoSSe二维材料。这种单原子层替换技术大大推动了面外非对称二维材料的研究工作。相关工作发表在Nature Nanotechnolog 上（DOI: 10.1038/NNANO.2017.100）。

图1 二维材料单原子层替换技术工艺流程

图2 原子层替换后样品透射电镜图