二維材料的維度與界面調(diào)控是推動(dòng)其持續(xù)蓬勃發(fā)展的重要因素。由于二維材料層間弱的范德華力相互作用，可以按需將任意的二維材料堆疊在一起，組合成范德華雙層及多層人工材料，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其物理性能的調(diào)制。利用轉(zhuǎn)角自由度調(diào)控，可在人工疊層材料中引發(fā)多種有趣的物理行為，例如非常規(guī)超導(dǎo)電性、摩爾激子、隧穿電導(dǎo)、非線性光學(xué)以及結(jié)構(gòu)超潤(rùn)滑等。由此，開(kāi)啟了轉(zhuǎn)角電子學(xué)的時(shí)代。目前，實(shí)驗(yàn)上通常采用解理與轉(zhuǎn)移技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角多層結(jié)構(gòu)的制備，樣品大小通常在微米量級(jí)，阻礙了二維材料轉(zhuǎn)角電子學(xué)的應(yīng)用。因此，如何在大尺度下制備高質(zhì)量、轉(zhuǎn)角精確可控的多層范德華同質(zhì)/異質(zhì)結(jié)樣品非常重要。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心納米物理與器件實(shí)驗(yàn)室研究員張廣宇團(tuán)隊(duì)一直致力于新型二維材料（如石墨烯、二硫化鉬）的外延與物性調(diào)控研究，取得了一系列成果。近幾年來(lái)，他們采用MOCVD的設(shè)計(jì)思路搭建了分立源式三溫區(qū)氣相范德瓦爾斯外延系統(tǒng)，利用氧輔助的自限制生長(zhǎng)，在2英寸藍(lán)寶石晶圓襯底上成功外延了高質(zhì)量、晶粒取向一致的單層二硫化鉬薄膜。近期，針對(duì)大尺度疊層結(jié)構(gòu)的制備問(wèn)題，研究人員利用上述2英寸高度定向的單層MoS2和水輔助轉(zhuǎn)移方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了厘米級(jí)堆垛的多層MoS2同質(zhì)結(jié)制備及層間轉(zhuǎn)角的精確控制。通過(guò)光致發(fā)光峰位移確認(rèn)轉(zhuǎn)角可以連續(xù)改變厘米級(jí)堆垛的多層MoS2同質(zhì)結(jié)的間接帶隙。該工作提供一種經(jīng)濟(jì)高效且可擴(kuò)展的加工技術(shù)，通過(guò)二維材料的外延技術(shù)和轉(zhuǎn)移技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)精確轉(zhuǎn)角控制下的大面積二維材料范德華同質(zhì)和異質(zhì)結(jié)加工，有望為轉(zhuǎn)角調(diào)控的低維電子和光子學(xué)應(yīng)用發(fā)展開(kāi)辟道路。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature Communications上。上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、松山湖材料實(shí)驗(yàn)室等的資助。

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a 從單層MoS2到疊層MoS2同質(zhì)結(jié)的構(gòu)筑示意圖；b-d 疊層MoS2的質(zhì)量表征：轉(zhuǎn)角精度可控、大范圍均勻與干凈的表界面；e-i 轉(zhuǎn)角調(diào)控對(duì)疊層MoS2間接帶隙及層間耦合效應(yīng)的影響