我院广东省量子调控工程与材料重点实验室、广东省高等学校物质结构与相互作用基础研究卓越中心徐小志教授课题组在二维范德华异质制备领域取得重要进展，实现了厘米级单晶菱方堆垛二硫化钨/二硫化钼垂直异质结薄膜的可控制备。该研究成果以“Growth of rhombohedral-stacked single-crystal WS₂/MoS₂ vertical heterostructures”为题，于1月30日发表在《Nature Communications》上。论文链接： https://www.nature.com/articles/s41467-026-68935-x#Ack1

垂直范德华异质结是由二维材料逐层堆叠形成，为探索新的物理现象和开发下一代电子器件提供了变革性平台。然而传统机械剥离后手动堆叠的方法，存在界面污染、重复性差、尺寸受限等固有问题，而直接化学气相沉积（CVD）生长大尺寸、高质量单晶垂直异质结又还未实现，目前面临成核位点控制困难、两种堆垛方式能量简并等关键难题，严重阻碍了其实际应用。

本工作中，研究团队提出了一种硫空位/台阶引导的外延生长机制，成功破解了上述难题。其核心原理包括：1. 利用CVD生长中MoS₂表面易形成的硫空位，作为上层WS₂的优先成核位点，大幅降低成核势垒；2. 硫空位与MoS₂台阶边缘的协同作用，打破菱方堆垛和六角堆垛的能量简并性，实现上层WS₂的单一取向生长；3. 通过单层单晶MoS₂薄膜的无缝拼接的方法，结合精准的CVD工艺调控，最终实现1cm×1cm尺寸的单晶菱方堆垛WS₂/MoS₂异质结薄膜制备。该异质结表现出独特的铁电性能，且在载流子迁移率和自驱动光电响应方面展现出优异性能，为制备高性能二维器件奠定了重要基础。

我校博士研究生陈俊汀、华东师范大学博士研究生郭艳卿为论文共同第一作者。我校徐小志教授、北京大学刘开辉教授、华东师范大学袁清红教授为共同通讯作者，华南师范大学为第一完成单位。徐小志教授是我校2019年引进青年拔尖人才，主要从事低维量子材料与表面物理研究。以通讯作者/第一作者发表文章多篇：Nature（2篇）、 Nature Nanotechnology（2篇）、 Nature Chemistry、Nature Communications（4篇）、Advanced Materials、Nano Letters等。该研究得到了国家重点研发计划课题、国家优秀青年科学基金、物理学一流学科建设经费等的支持。

图一：WS₂在MoS₂/蓝宝石基底上的不同生长行为