二維過渡金屬二分元元素

過渡金屬二分法（TMDS）代表MX型的大型分層半導體材料家族2，帶有M型過渡金屬原子（Mo，W等）和X chalcogen arom（S，Se或Te）。將一層M原子夾在兩個X原子之間。

許多TMD表現出可調的帶隙，可以從散裝晶體中的間接帶隙過渡到二維（2D，即單層）納米片的直接帶隙（例如MOS）2，WSE2，WS2，莫特2）。這意味著通過改變層數，可以修改頻帶差距。

TMD的一個獨特特征是由於量子限製效應而擴大帶有原子層的延伸帶隙，從而導致從散裝材料中的間接間隙到單層極限的直接間隙導致交叉。

TMD和其他二維分層材料之間相鄰層之間的範德華相互作用（類似於粘性膠帶如何連接到平坦的表麵），可能會使不同材料更靈活地集成不同的材料，而無需限製晶格匹配，因此打開在原子量表上幾乎任意組合和控製不同的特性，以實現巨大的可能性。這些結構稱為範德華異質結構。

由於其非凡的光學和電氣性能，這些2D TMD已成為新一代電子和光電設備的有前途的原子薄的半導體類別。例如，TMD具有可用於使計算機運行的光學特性一百萬倍，並將信息儲存高100萬倍。

二維過渡金屬二分法（2D-TMD）。（a）表顯示了常見的TMD及其帶隙。（b）MOS的分層結構的示意圖2。（c）散裝的能量分散，Quadrilayer（4L），BiLayer（2L）和單層（1L）MOS2從左到右。水平虛線表示在k點處最大帶的能量。紅線和藍線分別表示傳導和價帶邊緣。最低的能量轉變隨著層的減少而增加，並從間接到直接（垂直）轉變。（d）一些常見TMD（單層）的相對價和傳導帶邊緣。（©皇家化學學會）（單擊圖像以放大）

基於2D TMD的電子和光電特性和設備

最初的研究激發了人們對探索2D-TMD的濃厚興趣，作為用於功能電子和光電子學的新一代原子薄的半導體。早在2013年，研究人員報告了首次演示由Tungsten duselenide製成的N型野戰效應 - 晶體管（FET）（WSE2），顯示了這種材料對未來的低功率和高性能綜合電路的巨大潛力。

對於固有的帶隙通常在1-2 eV範圍內，2D-TMD可以克服關鍵的缺點石墨烯用於電子應用 - 一個能量差距（帶隙），允許控製電子流，以便電流打開和關閉。該差距使TMD適用於晶體管。

除了充當高度柔韌的場效應晶體管的原子較薄的通道材料外，TMD還具有非常好的圓形光線的吸收劑，因此可以在探測器中使用。

原子薄2D-TMD的合成

TMD的大多數早期研究，基本物理研究和裝置演示都依賴於剝落的片，其中薄片尺寸通常僅限於10 µm或更小的階段。因此，通常通過艱苦的去角質和重複的物理轉移過程來實現2D-TMD異質結構設備的製造，對於實用技術而言，這顯然是不可擴展的。

為了超越最初的基本物理好奇心並探索這些材料的全部潛力，已經有必要開發出強大的合成策略，以通過具有良好控製的物理尺寸，化學成分和異質結構界麵來生長這些原子薄材料的生長。

為此，研究人員開發了兩種不同的合成方法：一種自上而下的策略，包括各種去角質方法將散裝的2D晶體剝落成單層或幾層納米片，例如機械剝落，化學剝落和溶劑剝落；以及在溶液階段或化學蒸氣沉積過程中化學合成原子薄的納米片的自下而上的策略。

2D-TMD異質結構的增長。（a和b）WS的橫向外延生長的示意圖2–WSE2異質結構。（c）橫向尺寸中超晶格結構的連續外側外延生長的示意圖。（d）通過連續的逐層生長方法對範德華超級晶格的示意圖。（©皇家化學學會）（單擊圖像以放大）

盡管該研究領域仍處於早期的早期，但很明顯，具有可變電子帶結構的廣泛的2D-TMD可用性，可以創建各種各樣的異質口氣和超級晶格，並具有設計和優化的頻段對齊和優化的頻段對齊和優化原子層和精確調整的電子函數的數量，從而為新穎的，高性能的電子和光電設備創建了強大的材料平台。