我院、广东省量子调控工程与材料重点实验室青年拔尖人才徐小志教授与北京大学刘开辉教授、深圳理工大学丁峰教授合作，在低维单晶材料生长方面取得重要进展，实现了非中心对称二维单晶过渡金属硫族化合物的通用制备。该研究成果以“Universal epitaxy of non-centrosymmetric two-dimensional single-crystal metal dichalcogenides”为题，于2月4日发表在《Nature Communications》上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36286-6。

在目标衬底上直接合成二维单晶是实现其在电子、光电子器件等领域应用的基础。在高通量计算预测的1800多种二维材料中，超过99.5%的材料是非中心对称的。这些非中心对称二维材料外延生长的最大挑战是打破反向晶畴在大多数衬底上的能量简并性。尽管这一追求在氮化硼和过渡金属硫族化合物的外延生长中已经部分实现，但决定非中心对称二维材料外延的关键因素目前仍然有很大的争议。

在这项工作中，研究组报道了一种通过控制晶畴成核时间与衬底表面台阶形成时间的方法，实现了非中心对称二维单晶过渡金属硫族化合物的通用制备。通过这种方法，研究组在不同类型的Al2O3 (a、c、m、n、r和v面)，MgO和TiO2衬底上均实现了MoS2晶畴的单一取向生长。这种方法也适用于其它过渡金属硫族化合物的外延制备，如WS2、NbS2、MoSe2、WSe2和NbSe2等。理论计算表明，衬底上未成熟的台阶极大地促进了晶畴在台阶边缘附近成核，并促成了二维晶畴的单一取向生长，并且这种生长不受台阶方向的影响。这项研究揭示了在不同衬底上生长各种非中心对称二维单晶的通用机制，从而为其潜在应用铺平了道路。

华南师范大学硕士生郑培铭、青年英才特聘研究员魏文娅、博士生梁智华、北京大学博士生秦彪为论文共同第一作者，华南师范大学徐小志教授、北京大学刘开辉教授、深圳理工大学丁峰教授为共同通讯作者，华南师范大学为第一单位。徐小志教授是我校2019年引进青年拔尖人才，主要从事低维材料与表面物理研究。以通讯作者/第一作者发表文章包括Nature（2篇）、 Nature Nanotechnology（2篇）、 Nature Chemistry、Nature Communications、Advanced Materials、Nano Letters、Science Bulletin等，入选“2019中国十大新锐科技人物”。该研究得到了国家重点研发计划课题、广东省杰出青年基金、广东省重点领域研发计划、物理学一流学科建设经费等的支持。

图一：二硫化钼在各种衬底上的取向一致生长