我校黄少铭教授团队有关二维金属硫族化物与异质结低温生长及器件应用以广工为第一作者单位（第一作者为博士后张克难博士，黄少铭教授为最后通讯作者）, 以题为“Epitaxial substitution of metal iodides for low-temperature growth of 2D metal chalcogenides ”(金属碘化物外延替代二维金属硫化物低温生长)在国际顶级期刊Nature Nanotechnology (IF=40.52)上发表(论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-023-01326-1)。
二维 (2D) 金属硫族化物 (MCs) 包括金属MCs如VX2, CoX2, TiX2（X = S or Se）、半导体MCs如MoX2, WX2, SnX2, In2X3（X = S or Se）和拓扑绝缘体MCs如Bi2X3（X = Se or Te）。它们具有丰富的功能，可应用于探测、传感、存储、成像等器件。 将不同2D材料集成在晶圆上，一方面可以实现一种超越摩尔（more than moore）的方法来丰富器件的功能，另一方面通过形成2D异质结构可以构建具有非常规特性的功能材料。但它们的制备和应用存在许多问题：如二维材料的直接生长（CVD或MOCVD）通常需要600~1000 oC的温度才能获得高质量的晶体，同时存在与标准CMOS后端工艺难兼容的问题。二维异质结构虽然可以通过材料转移来实现，但在转移过程中经常遭受机械损伤或化学污染。黄少铭教授团队利用金属碘化物分解温度低的特点，在前期发展的可视化二维材料生长过程研究（物理气相沉积与原位光学显微/拉曼谱学进行集成可实时表征二维范德华异质结构的生长动力学）的基础上（Adv. Mater., 2021, 33, 2105079），发展了一种在较低的温度下（265-400 oC）生长晶体2D层及其异质结构的普适方法。具体是通过将金属碘化物（MI；M＝In、Cd、Cu、Co、Fe、Pb、Sn、Bi）在低温下外延生长在云母、MoS2或WS2上，随后碘与硫族元素的低势垒能量替代使得能够转化为至少17种不同的2D晶体MCs，并实现了多个2D材料在同一晶片上顺序生长。有望成为单片集成不同高质量2D MCs的可行途径。更重要的是该低温生长新技术可与标准CMOS后端工艺兼容，加速了2D材料与成熟硅技术的融合，具有重要科学意义与应用前景。该工作得到国家自然科学基金委(52002080, 51920105004, 52072272)的支持。
图1: 低温生长的17种二维MCs晶体；图2：多层SnS2/单层WS2 横截面原子级图像；图3：在TMD模板上生长的In2S3基光电探测器阵列示意图及室温下采集的双波段单像素光检测图像。
2022年以来，黄少铭教授团队在低维材料及储能器件应用的基础研究方面取得了丰硕成果，在国际学术刊物发表了高水平论文60多篇。 其中影响因子>10.0论文38篇，包括：Nat. Nanotech. (in press，IF=40.52)、Nat. Synth. (2022, 1, 626)、Nat. Commun. (2022,13,1187; IF=17.69)、Science子刊Sci. Adv. (2022, 8, eabl9271; IF=14.96)、 Angew. Chem. Int. Ed. (2022, 61, e202116867; IF=16.82)、Energy Environ. Sci. (2022, 15, 1672; IF=39.71)、Adv. Energy Mater. (2022, 12, 2104074; IF=29.70)、2篇Energy Storage Mater. (2022, 47, 271; 51, 882; IF=20.82)、4篇Adv. Funct. Mater. (2022, 52, 2112776; 52, 2201011; 2213905; 2023, in press, IF=19.92)、Nano Energy (2022, 92, 106744; IF=19.07)、 2篇 ACS Nano (2022,16, 13834; 16, 15008; IF=18.03)、Adv. Sci. (2022, 9, 2105063; IF=17.52)、4篇 Chem. Eng. J. (2022, 446, 137026; 437, 135153; 429, 132342; 451, 140434; IF=16.74)、4篇Small (2022, 18, 2202750; 2205540; 2205834; 2206098; IF=15.15) 以及J. Energy Chem. (2022, 75, 369; IF=13.6)、3篇 Carbon (2022, 188, 135; 196, 457; 202, 169; IF=11.31)、 Mater. Today Phys. (2022, 22, 100575; IF=11.02)、Research (2022, 9838071; IF=11.04)、2篇ACS Appl. Mater. Interface (2022,14, 6801I; 11672; F=10.38)、 4篇Nano Res. (2022,15, 3964; 5863; 9631; 12274; IF=10.27)和Adv. Opt. Mater. (2022,10, 2200769; IF=10.05) 等。
上述系列工作得到国家自然科学基金，广东省自然科学基金，广州市重点实验室以及凯旋娱乐（中国）有限公司团队建设的支持。
