背景介绍

二维材料通过弱的范德华相互作用可以进行自由堆垛组装，摆脱定向掺杂、外延生长等传统方法对材料种类的严重限制，使得人们可以灵活设计功能迥异的范德华异质结构。在众多的二维材料中，二维过渡金属硫族化合物（TMDCs）具有独特的电子结构和优异的光电性质，基于TMDCs的二维范德华结构在未来的集成电路、光电探测和传感器等应用中具有广阔的发展前景。在原子级厚度的限域中，表面原子结构和界面耦合决定了范德华结构的特性和功能。因此，发展先进的表征技术全面精确解析二维范德华结构的构效关系是丞需解决的科学问题。

成果简介

北京科技大学张跃院士和张铮副教授聚焦二维TMDCs半导体材料，系统综述了先进表征技术在揭示二维TMDCs范德华结构构效关系和界面耦合性能的最新研究成果。本文从二维TMDCs范德华异质结的堆垛结构特点和界面能带匹配关系出发，系统总结了传统显微学表征技术（透射电子显微镜、扫描隧道显微镜和原子力显微镜）在解析二维TMDCs范德华结构的晶格结构和电子结构方面的研究进展，特别关注了二维范德华界面特有的摩尔超晶格结构及其相关特性。进一步，系统讨论了拉曼/荧光光谱（Raman/PL），瞬态吸收谱光谱（TA）和角分辨光电子能谱（ARPES）等光谱学表征技术，针对二维TMDCs范德华结构层间耦合的表征、界面载流子动力学和界面能带结构等新现象、新原理的解析。从二维TMDs 的结构和物性特点出发，提出了从耦合联用多种表征手段、提高时空间分辨率、实现高效大面积无损检测和引入人工智能技术这四个方面推动二维TMDs材料范德华异质结的表征技术的发展。

作者简介

北京科技大学张跃教授研究团队主要从事低维半导体材料与器件研究，张铮副教授研究小组主要围绕二维过渡金属硫族化合物半导体材料在电子与光电器件中应用，针对二维过渡金属硫族化合物电学性能的缺陷工程调控机制、混合维度范德华异质结构光电器件和二维逻辑电子器件方面开展研究，在Nature Energy、Nature Communications、Science Advances、Advanced Materials、ACS Nano等期刊发表论文30余篇；撰写英文专著一部；申请专利20项，授权发明专利12项；获得国家自然科学奖二等奖一项。