二維合金晶體材料是什麼

A. 二維材料是一種什麼材料對比三維材料，二者有何區別

二維材料是一類新的材料，厚度從單個原子層到幾個原子層的材料稱為二維材料。最典型的二維材料是石墨烯，只有一個原子厚，約0.34 nm厚，碳原子在平面內以共價鍵的形式結合，形成六邊形蜂窩狀平面結構。二維材料表現出不同於普通材料的奇異性質，這是由於其超薄的厚度造成的量子限制效應。例如，石墨烯中的電子在k點附近具有線性色散關系，在k點處表現為無質量狄拉克費米子，具有超高的載流子遷移率(約2E6 cm2V-1s-1，固態通信。

B. 二維材料，材料界的一場新革命，二維材料是什麼

我正好是一個二維材料的學習者，寫下我所知道的二維材料的前沿和有趣的方向。首先，為什麼二維材料值得研究。與三維材料不同，二維材料在垂直於材料的方向上受到固有的自由度的限制。電子在材料平面上的方向可以和三維材料中的方向一樣任意，但在垂直材料中的方向卻受到嚴格限制，這使得二維材料天生就有許多不同於三維材料的量化現象。二維材料的起源是年由曼徹斯特大學的物理學家用膠帶的方法撕開了單層石墨（也被稱為石墨烯）。這就是二維材料的開始。目前，經過15年的發展，二維材料已經有了很多新的方向：首先，石墨烯沒有想到，15年前發現的東西現在還在研究吧？南京大學的王磊教授是研究石墨烯的專家，他認為石墨烯是值得進一步研究的。當然，他並不孤單。

異質結 異質結是由兩種不同的二維材料在水平或垂直方向（通常是垂直方向）堆疊在一起形成的結構。異質結分為面內異質結和面外異質結。面內異質結的研究略少，但面內異質結的臨界結構和應力對兩種材料的影響是很有意義的。而面外異質結是最有趣的二維結構，因為就像樂高積木一樣，它可以被認為是被組裝成具有不同特性的不同結構。

例如，hBN作為基底可以將石墨烯的電性能提高十倍以上，以及MOS2-WS2中的層間激子。在異質結中發現了許多單一二維材料所沒有的特性，這意味著異質結的排列和組合的可能性是無限的，因為限制很少。由於石墨烯不會發出零帶隙的光，其晶格結構天然地滿足了空間反轉對稱性，因此很難實現谷底反差特性，過渡金屬鹵化物就這樣走上了歷史舞台。

C. 除了石墨烯，你不知道的二維材料還大有用處

手機和平板電腦可以像報紙一樣捲起來，隱形眼鏡中集成的屏幕能夠直接讀取信息......這些聽起來非常科幻的場景，在新型二維材料的推動下，正不斷趨於現實。

二維材料 是一種具有單個或幾個原子層厚度的新型晶體材料，目前已經發展成為一個完整的材料體系，涵蓋了從導體、半導體、超導體到絕緣體，鐵電、鐵磁、反鐵磁等各種類型。高質量的二維材料在 探索 新的物理現象及進一步擴展其在微電子和光電子領域的應用方面發揮著重要作用。

松山湖材料實驗室副主任張廣宇研究員所帶領的二維材料團隊圍繞二維材料的研究、制備及應用開展了一系列工作，並取得了國際領先的研究成果。

如今，「石墨烯」已成為大眾所熟知的「明星材料」，石墨烯電池等產品也已逐步在商業領域有所應用。早在2004年，英國曼徹斯特大學Andre Geim教授課題組成功分離出單原子層的石墨材料——石墨烯，從而引發了二維材料研究的熱潮，相關研究者因此獲得了2010年的諾貝爾物理學獎。

近年來，在半導體器件發展微型化和柔性化的驅動下，二維材料由於其優異的光、電、機械性能（例如高靈敏度、超高透明度以及半導體特性等），表現出了獨特的優勢。

「二維材料的特殊性質賦予了它們廣泛的應用前景。首先在物理屬性上， 二維材料只有一個原子層厚度，這就使得該類材料具有超高的透明度以及良好的柔韌性。 」張廣宇介紹，未來，二維材料一個重要的應用方向就是柔性透明電子器件。

「二維材料表面沒有懸鍵，外延生長制備的過程中對晶格匹配度要求不高，屬於范德瓦爾斯外延，對材料和工藝基本沒有限制要求。」張廣宇表示。

二維材料的出現，為突破傳統半導體器件在性能上的各種限制提供了新的途徑，為實現各種功能應用提供了新的思路。

在不到一個指甲蓋大小的面積上，可以集成超過1500個柔性二硫化鉬場效應晶體管器件。2020年9月，張廣宇所帶領的團隊在電子學期刊《Nature electronics》上發表了論文《基於單層二硫化鉬場效應晶體管的大面積柔性透明電子器件》。

該團隊利用外延生長得到的四英寸高質量、高定向單層二硫化鉬薄膜，結合傳統的微加工工藝，通過優化絕緣層與接觸電阻，制備出了大面積柔性透明的二硫化鉬場效應晶體管及各種邏輯器件。器件表現出了優異的特性： 晶體管器件密度可達1518個/平方厘米，成品率高達97%，是目前已報道結果中最高指標，處於國際領先水平 ；單個器件也表現出較好的電學性能和柔韌性。

張廣宇指出，「目前，成熟的半導體工藝多採用8寸或者12寸硅材料晶圓，尺寸越大，集成晶元就越多，成本也越低。所以要實現大尺寸二硫化鉬晶圓的制備也是一樣的思路，但是越大的尺寸，也意味著更高的技術要求。」

大面積高質量的二硫化鉬薄膜的制備，還存在晶粒尺寸較小、晶界多、取向隨機等問題。 為解決這一難題，張廣宇團隊利用自主設計搭建的多源化學氣相沉積系統，採用立式生長和多點形核的方法，在藍寶石襯底上外延制備出了四英寸高質量連續的單層二硫化鉬晶圓。

他這樣形容其中的原理，「就像拿一個噴壺往牆上噴水，第一代設備只有一個噴頭，這時噴的區域比較小；第二代設備是用三個噴頭一起噴，這樣噴出的面積就能擴大三倍；第三代設備是用六個源一起噴，這種情況下噴出的區域更大，更均勻。」

「二維半導體材料具 有很多優異的特性，可以彌補硅以及其它半導體材料在應用方面的不足，發揮材料自身的優勢，實現一些新的、更加契合的應用場景。比如柔性可穿戴器件，超靈敏探測器等。 」他表示，二維材料不是萬能的，而是有適合自身的特殊應用場景，應該利用這些特點來開發它相對應的產品。

2019年初，松山湖材料實驗室二維材料團隊開始起步建設。他表示，二維材料團隊主要聚焦有應用前景的材料研究。二維材料要真正應用到實際生活中，還要經歷一段必不可少的過程，包括驗證二維材料在原理和技術上的可行性，優化各種工藝參數、提高器件各方面性能等。

二維材料團隊作為一個新團隊，團隊搭建是最重要的工作之一。目前團隊固定成員不到十人，均具有不同的研究背景。「既有做材料的，也有做器件的；既有做加工和器件制備的，也有做表徵和測量的......」張廣宇表示，團隊工作需要成員相互配合，這樣才能更加高質量、高效率開展研究工作。

隨著松山湖材料實驗室建設步入正軌，越來越多優秀的海外研究人才選擇加入實驗室，在此開展自己的科研工作。團隊中兩位骨幹青年科研人才，就是張廣宇到歐洲宣講時招聘引進的。在他看來，這是一個不錯的兆頭。「松山湖材料實驗室作為廣東省布局建設的新型科研機構，各方面資源相對充足，具備較強的吸引力。同時東莞也為科研人才提供了一個能夠安心做事、專心科研的舞台。」