一種叫做二硫化鉬的二維新材料可以在硅襯底上長(zhǎng)出單層薄膜，為柔性電子器件的生產(chǎn)開(kāi)辟了條新路。

　　用僅有幾個(gè)原子那么厚的薄膜做出微型、柔性的電路，一直是研究人員的夢(mèng)想。然而，把這類二維薄膜生長(zhǎng)到需要的規(guī)模，并生產(chǎn)出成批可靠的電子設(shè)備一直是個(gè)難題。

　　現(xiàn)在，材料科學(xué)家們已經(jīng)找出一種方法，可以在直徑10厘米的硅片上生長(zhǎng)出高質(zhì)量的單層二維半導(dǎo)體，同時(shí)還能保持小樣品中所具有的出色電學(xué)性質(zhì)。他們已經(jīng)用這種薄膜做出了幾百個(gè)晶體管，經(jīng)測(cè)試其中99%都有效。

　　“許多人都在努力長(zhǎng)出這么大尺寸的單層材料，我也是其中之一，”都柏林圣三一學(xué)院的材料科學(xué)家Georg Duesberg說(shuō)，“但他們好像真的做到了?！?/p>

　　科學(xué)家們正在試圖生長(zhǎng)的半導(dǎo)體材料是過(guò)渡金屬二硫族化物（transition-metal dichalcogenides，簡(jiǎn)稱TMD）。單層TMD有三層原子厚：包含一層過(guò)渡金屬（如鉬或鎢）原子，夾在上下兩層硫族元素（如硫、硒和碲）原子中間。

　　和它的碳基“表親”石墨烯一樣，TMD強(qiáng)度大、超薄、柔韌性好，并且能導(dǎo)電。然而與石墨烯不同的是，它們也是半導(dǎo)體——這意味著我們可以輕易地開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)它們的導(dǎo)電性。TMD暫時(shí)還不能代替最著名的半導(dǎo)體——硅，畢竟硅的制造工藝已經(jīng)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的打磨，變得十分成熟了。然而，它們可以形成厚度僅相當(dāng)于如今硅片的千分之一的薄膜，這在柔性晶體管、顯示器和光探測(cè)器上有著廣闊的應(yīng)用前景。

　　更大的薄層

　　TMD的薄層可以從多層晶體中剝離出來(lái)，就像石墨烯可以用膠帶從石墨中粘出來(lái)一樣。然而剝離的過(guò)程十分耗時(shí)耗力，得出的樣品也大小厚薄不一。另外一種方法則悄悄興起：把含有目標(biāo)原子的氣體通到襯底上方，將目標(biāo)原子一個(gè)個(gè)沉積下來(lái)，生長(zhǎng)出想要的材料。但此前為止，這種方法也只能生長(zhǎng)出小面積的樣品，而且往往還不止一層。

　　來(lái)自康奈爾大學(xué)的Jiwoong Park及其同事于4月29日在Nature發(fā)表文章，稱他們已經(jīng)用這種方法生長(zhǎng)出大片單層的TMD。經(jīng)過(guò)550 °C高溫條件下超過(guò)26小時(shí)的實(shí)驗(yàn)，他們?cè)谥睆?0厘米的圓形硅晶片上生長(zhǎng)出了兩種TMD：二硫化鉬和二硫化鎢，還能以二氧化硅薄層相隔的多層TMD材料，這可能會(huì)促進(jìn)垂直結(jié)構(gòu)小型、高密度三維電路的產(chǎn)生。

　　哈佛大學(xué)的凝聚態(tài)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家Philip Kim說(shuō)，能生長(zhǎng)出只有三層原子厚度、長(zhǎng)度超過(guò)厚度1億倍的單層半導(dǎo)體材料，是“工程學(xué)上的奇跡”。

　　Park表示，這類單層材料不僅很均勻，而且其電學(xué)性質(zhì)堪比從晶體剝離下來(lái)的薄層。而達(dá)成這一效果的秘訣，就是使用每個(gè)分子只含有一個(gè)過(guò)渡金屬原子或一個(gè)硫族元素原子的氣體，通過(guò)改變氣體的壓強(qiáng)，就可以控制每種成分的濃度，從而精細(xì)地調(diào)控薄膜的生長(zhǎng)。

　　美國(guó)萊斯大學(xué)的材料科學(xué)家Pulickel Ajayan認(rèn)為，這一技術(shù)是一項(xiàng)激動(dòng)人心的飛躍，但要想制造出真正代表二維材料未來(lái)的商業(yè)器件，研究人員還需開(kāi)發(fā)出在其他襯底、包括柔性襯底上生長(zhǎng)薄膜的方法。

　　Duesberg則認(rèn)為，生長(zhǎng)大面積薄膜這一工作最重要的意義是它讓研究者們意識(shí)到TMD在電子學(xué)上將有更實(shí)際的應(yīng)用。TMD的優(yōu)良之處不僅僅在于它們既薄又柔韌，也在于他們有著另外一些獨(dú)特的性質(zhì)，可能會(huì)在自旋電子學(xué)、谷電子學(xué)等方面有著其他的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。

　　“許多人都相信TMD單層材料會(huì)給電子學(xué)帶來(lái)一場(chǎng)革命，但直到現(xiàn)在人們還只停留在制造單個(gè)器件、觀察奇特現(xiàn)象的階段?！盌uesberg說(shuō)。