摘要：随着科技的不断进步，材料科学成为推动人类文明发展的核心领域。特别是在信息技术革命和人工智能的快速发展过程中，材料的创新对人类社会产生了深远影响。自20世纪60年代硅基集成电路的发明以来，硅时代的到来标志着信息技术的飞速发展。然而，随着集成电路技术的不断进步，硅

随着科技的不断进步，材料科学成为推动人类文明发展的核心领域。特别是在信息技术革命和人工智能的快速发展过程中，材料的创新对人类社会产生了深远影响。自20世纪60年代硅基集成电路的发明以来，硅时代的到来标志着信息技术的飞速发展。然而，随着集成电路技术的不断进步，硅基电子器件在接近原子厚度（如亚5纳米或亚3纳米尺度）时，电子性能如载流子迁移率的迅速退化，已成为进一步缩放的重大挑战。这一问题促使研究人员寻找新的材料，以满足未来计算能力的需求。

二维原子晶体（2DACs），尤其是层状过渡金属硫化物（TMDs），受到了广泛关注。二维TMDs具有原子级的厚度和无悬挂键的表面，这些独特的属性使其在极端物理尺度下能够保持优异的电子性能，从而成为超越硅技术的潜在候选材料。此外，这些材料的多样化化学组成和物理性质（如半导体、超导体、金属、Weyl半金属、拓扑绝缘体和铁磁体）使其成为探索原子厚度极限下奇异物理现象的理想平台。丰富的二维TMD家族还允许原子尺度上集成具有不同化学成分和电子结构的异质结构，从而实现对电荷生成、分离、传输、关联或重组的精确调控。

尽管如此，二维TMDs的实际应用仍面临诸多挑战。现有的合成方法主要依赖于机械剥离和重新堆叠，这种方法虽然在初期阶段促进了研究的快速发展，但在实际技术应用中的可扩展性和实用性仍然受到限制。具体而言，如何在大面积上实现均匀的异质结构和超晶格的生长、如何在任意基底上实现周期性异质结构的位选择性生长、如何控制双层的扭转角度以及如何在与先进集成电路制造工艺兼容的低温下合成高质量二维异质结构，都是当前亟待解决的问题。

因此，加州大学洛杉矶分校段镶锋团队和湖南大学段曦东团队合作在“Nature Materials”期刊上发表了题为“Towards the scalable synthesis of two-dimensional heterostructures and superlattices beyond exfoliation and restacking”的最新综述论文。近年来，研究者们在大面积单晶的合成、二维横向和纵向异质结构的构建、超晶格的制造以及位置控制生长方面取得了显著进展。然而，尽管取得了这些进展，仍需深入理解和精确控制成核与生长过程，以实现二维TMDs在规模化技术中的应用。

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本文揭示了二维原子晶体（2DACs）及其异质结构在实际应用中面临的关键挑战和进展。首先，通过CVD合成的可控性、可扩展性和均匀性对推动2DACs技术的实际应用至关重要。这表明，尽管当前在大面积单晶、异质结构、超晶格及位置控制生长方面取得了显著进展，但在晶圆级生长、位选择性生长以及与集成电路制造工艺兼容的低温高质量合成等方面，仍存在重要挑战。解决这些问题需要深入理解和精确控制成核和生长过程，并且强调了跨学科合作的重要性。

这种研究进展不仅推动了材料科学的发展，还为未来量子光子器件的设计和莫尔材料中新量子现象的探索提供了新的思路。特别是在设计下一代电子和光电子设备方面，2DACs的潜力正逐步显现。总体而言，克服这些挑战将为量子计算、量子通信及先进电子器件的实现铺平道路，并可能引领新的技术革命。

本文来自“低维材料前沿”。

来源：科普菌