AMR Account｜浙江大学赵昱达研究员-香港理工大学柴扬教授：二维材料的强层间相互作用研究
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以下文章来源于AMR材料研究述评 ，作者AMR
Accounts of Materials Research（《材料研究述评》）是上海科技大学与美国化学会出版社合作出版的新刊，发表简明扼要的个人述评和观点文章，关注材料科学与工程各领域的研究进展。
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近日，浙江大学赵昱达研究员和香港理工大学柴扬教授的AMR述评文章“Strong Interlayer Interaction for Engineering Two-Dimensional Materials”在线发表。文章深入探讨了二维材料中强层间相互作用的判断依据和形成原因，总结了具有强层间相互作用的二维材料所表现出的独特光学、电学和晶格振动特性，介绍了多种层间相互作用调控方法，以及利用强层间相互作用二维材料优化电子器件和光电子器件的性能，最后对该领域的应用前景和挑战进行了展望。
关键词：二维材料；强层间相互作用；物理性质；晶体管；光电探测器
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文章内容简介
二维层状材料具有原子级的厚度，在多层堆叠时通过范德华作用相连接，表现出了独特的物理性质，受到研究人员们的广泛关注。近年来研究团队在第10族过渡金属硫族化合物、碲烯、黑磷等二维材料中发现了类似共价键的层间相互作用特性（covalent-like quasi-bonding）。这是由于层间原子最外层孤对电子波函数在层间相互交叠，使得二维材料在层间具有了更强的相互作用，表现出了随层数剧烈变化的电学、光学和晶格振动特性。随着更加深入的研究发现，通过直接或者间接改变层间距离的方法可以实现对二维材料及二维异质结的层间相互作用的调控，这成为改变二维材料物理性质的有效手段。利用强层间相互作用在二维材料产生的独特物理性质，可以构建出具有优异特性的电子/光电器件，比如高载流子迁移率、可调的开关比和宽光谱探测等突出性能。
在文章中，作者以强层间相互作用二维材料为出发点，研究了强层间相互作用形成的原因，并介绍了层间相互作用调控方法，这对设计和发现新型二维层状材料具有指导意义，可以极大丰富二维材料体系。同时强层间相互作用二维材料在电子器件与光电子器件领域的应用中表现出了优异的性能，展示了在微电子器件系统中的应用前景。强层间相互作用二维材料的发展仍处于起步阶段，仍需在材料大面积生长、性质高度可控调节、器件性能优化等方面突破瓶颈，希望可以推动后摩尔时代电子与光电子器件的更新迭代和跨越式发展。
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AMR：请问您选择该领域的初心是什么？
作者团队：
二维半导体因其特有的原子级厚度和独特的物理性质成为后摩尔时代新型半导体器件领域重点研究的半导体材料。在前期研究中，学者们普遍认为二维材料具有较弱的范德华层间相互作用，作者及合作者发现了具有强层间相互作用的二维材料，为二维半导体材料的物理性质调控带来了全新的维度。这对于后摩尔时代信息器件的微缩化和功能化都提供了一个新的思考方向。
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AMR：请和大家分享一下这个领域
可能会出现的机会？
作者团队：
利用具有强层间相互作用的二维材料来制备电子与光电子器件具有众多优势，从材料层面而言，高质量、大面积的强层间相互作用二维材料的可控生长是大规模阵列化器件制备所遇到的突出瓶颈问题。此外，制备极限厚度的单层器件仍然具有挑战，强层间作用为厚度减薄设置了障碍。从器件功能角度，将强层间相互作用二维材料引入新颖的器件结构设计中将会为器件的多功能化提供更多的可能。
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AMR： 您对该领域的发展有何愿景？
作者团队：
集成电路领域需要更多的青年才俊加入其中，尤其是在基础科学研究和原始性创新方面贡献力量。二维半导体材料及新结构信息器件作为热点研究方向，对集成电路微电子器件在后摩尔时代的发展提供了更多的可能性，将有力推动半导体行业的进步和发展。
作者团队简介
香港理工大学应用物理系
教授 柴扬
柴扬 ，香港理工大学应用物理系教授，理学院副院长，香港物理学会副主席, 香港青年科学院院士，IEEE杰出讲师，2017-2019年担任IEEE ED/SSC香港分会主席。先后荣获2014年度RGC杰出青年学者奖，2017年度半导体科学与技术早期职业研究奖，2018/2019年度香港理工大学应用科学及纺织学院优秀学术工作奖，2019年ICON-2DMAT青年科学家奖，2019/2020年度香港理工大学校长奖，2021年NR45优秀青年科技奖等。在包括 Nature ， Nature Nanotechnology，Nature Electronics ， Nature Communications , Science Advances ， Advanced Materials 等期刊发表论文100余篇。目前的研究兴趣为新型电子器件。
浙江大学微纳电子学院
百人计划研究员 赵昱达
赵昱达 ，浙江大学微纳电子学院百人计划研究员，博士生导师，前沿所副所长，院青年教师发展中心副主任， IEEE纳米技术委员会浙江分会主席。获得2017香港青年科学家提名奖，入选欧盟“玛丽•居里学者”人才计划、省海外引才计划、中国科协青年人才托举工程。目前承担国自然重大项目子课题、国自然青年科学基金项目、NSFC-RGC合作研究重点项目等。已发表论文40余篇，其中作为第一或通讯作者在 Chemical Reviews ， Advanced Materials , Advanced Functional Materials , ACS Nano 等期刊发表20余篇论文。研究成果被 Nature Nanotechnology , Science China 等杂志作为研究亮点重点推荐。目前研究方向：基于低维材料的后摩尔时代新型半导体器件，包括逻辑器件，类人感知器件、感存算一体器件、智能仿生感知系统等。
浙江大学微纳电子学院
博士研究生 卞正
卞正 ，于2022年9月加入浙江大学微纳电子学院攻读博士学位，导师为赵昱达研究员，主要的研究方向为二维电子器件。
宁波大学信息科学与工程学院
硕士研究生 缪佳磊
缪佳磊 ，宁波大学信息科学与工程学院硕士研究生。于2021年3月加入浙江大学微纳电子学院赵昱达研究员课题组联合培养。主要研究方向是高性能二维电子器件。
扫码阅读赵昱达研究员和柴扬教授的精彩Account文章：
Strong Interlayer Interaction for Engineering Two-Dimensional Materials
Zheng Bian, Jialei Miao, Yuda Zhao*, and Yang Chai*
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.2c00146
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