【前言】
大面積、高質量的二維晶體材料是實現其在光電、柔性器件等領域應用的前提，CVD 法是目前製備大面積二維晶體材料的最有效方法，並且獲得的材料的質量和性能接近機械剝離法制備的材料。過渡族金屬硫族化合物（TMDCs）作為非碳層狀二維材料，是直接帶隙半導體，並具有顯著的量子自選霍爾效應、谷極化效應，在光電轉換、自旋器件、柔性薄膜電子/光電子器件等方面具有重要應用前景。然而，由於金屬和金屬氧化物前驅體的高熔點特點，目前的製備方法中通常由金屬或金屬化合物的硫化、硒化和碲化來合成Mo、W系的TMDCs，而其他原子級厚度的過渡金屬硫族化合物製備仍是個難題。但是，由金屬-硫二元相圖可知，在高溫下（ >500 ºC）金屬容易與硫化合形成硫化物，即使化學性質相對比較穩定的鉑族金屬（ Pt、 Pd、 Os）也會形成 PtS、RuS2、PdS、PdS2、OsS2等，這為二維TMDC材料的化學氣相沉積製備提供了可能。熔融鹽輔助法可以在相對低的溫度下製備陶瓷粉末，這種方法最近也被用於促進單層WS2和WSe2的生長。
【成果簡介】
今日來自新加坡南洋理工大學的劉政教授，日本國家高等工業科學技術研究所的林君浩博士以及北京中科院物理所的劉廣同教授聯合團隊（共同通訊） 在Nature上發表文章，題為：“A library of atomically thin metal chalcogenides”。研究人員證明熔融鹽輔助化學氣相沉積可廣泛應用於合成各種原子級厚度的二維TMDCs材料，通過熔融鹽輔助的化學氣相沉積法合成了47種二維TMDCs材料，其中包括32種二元化合物(基於過渡金屬Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re、Pt、Pd和Fe )，13種合金 (包括三元、一元和一元)，以及兩種異質結構化合物。闡述了鹽是如何降低反應物的熔點，促進中間產物的形成，提高總反應速率。單層NbSe2和MoTe2樣品中的超導性以及在MoS2和ReS2中的高遷移率的證據證明，該團隊採用此方法合成的大多數材料都是可用的。雖然一些材料的質量仍然需要發展，但該團隊的工作為研究各種二維TMCs的性能和潛在應用開闢了新道路。
【圖文導讀】
圖1. 化學氣相沉積法生產TMCs的一般生長工
藝流程圖
圖2. 所用的過渡金屬和硫屬元素，以及所得
不同原子上薄的TMCs和異質結構的光學圖像
圖3. 具有代表性的單層材料在不同相態下的
原子分辨率STEM圖像
圖4. 反應機理
閱讀更多 亞洲神鷹 的文章
