邹旭明教授团队实现二维半导体异质结范德华间隙精准调控

2021年，诺贝尔物理学奖获得者Geim教授在Nano Letters中的前瞻性观点文章“Exploring Two-Dimensional Empty Space”中提出了二维空腔的概念，认为在埃级尺度调控二维材料间范德华间隙的高度，使得在极端小尺寸条件下通过具体实验探索特异物理规律成为可能，能够引领纳米技术下一阶段的发展。然而，范德华间隙的尺寸依赖于层间作用力，如何实现人造埃级二维空腔仍是困扰科学界的难题。

近日，我校物理与微电子科学学院邹旭明教授、半导体学院廖蕾教授和武汉大学何军教授通过在二维材料表面预吸附水分子，在亚纳米尺度实现了范德华间隙的精准调节（0.5-10 nm），并进一步拓展到不同维度，包括2D/2D、2D/3D、3D/3D结构等。利用间隙组分、尺寸对材料性质进行了有效调控，例如，纳米尺度下水分子极化导致MoS₂/范德华间隙/MoS₂表现出理想二极管特性，制备的压力传感器具备极高的压力灵敏度。

德国亥姆霍兹研究所Fleischmann教授在NatureNanotechnology同期刊发的Research Briefing中评价，此项研究中提出的范德华间隙调控方法具有普适性，因此在众多应用领域极具吸引力，“The approach should be universally applicable and thus is very interesting for a wide range of applications, where precise control of nanoconfinement channels is desired.”

曼彻斯特大学Geim教授写信给团队认为，利用水来精准调解范德华间隙而且在真空中稳定实现，是一件令人兴奋的工作，“water can make such spacers of uniform height is Very puzzling property of the ice…it is so stable, even in vacuum. Interesting and exciting.”

发展二维范德华间隙精准调控技术具有重要意义。操纵二维材料间范德华间隙的高度、组分能够有效调制层间耦合效率，大幅度提升二维电子、光电子器件性能。除此之外，纳米限域的二维通道能够为离子提供传输通道，而极端小尺寸的范德华间隙高度低于最小的水合离子直径（K+ 、Cl−），通过外加电场可以选择性调控各类离子在通道内部的聚集与耗散行为，从而基于人工流体系统再现基于离子通道的神经功能，用于神经形态计算、脑机接口以及神经义肢等新兴领域的研究。

二维同质/异质结范德华间隙精准调控。

相关研究成果以“Controllable van der Waals gaps by water adsorption”为题发表在《Nature Nanotechnology》上。该研究得到了湖南大学分析测试中心球差电镜实验室的特别支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-023-01579-w

来源：半导体学院

责任编辑：周丹