哥伦比亚大学工程和应用科学学院 原子级薄半导体晶片(二硫化钼单层，每个面板的横向尺寸约1cm，晶片厚度仅约0
7 nm)
研究人员使用金带法从二硫化钼单晶的逐层剥离中获得了这些单层
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学分:刘芳，李秋阳，安德鲁·施劳斯，，白，李基红/哥伦比亚大学 由层状范德瓦尔斯(vdW)晶体制成的二维材料在电子、光电子和量子器件方面有着巨大的前景，但由于缺乏大批量剥离足够大尺寸和高质量单晶单层的技术，制造/制造这些材料受到了限制
哥伦比亚大学的研究人员今天在《科学》杂志上报道说，他们发明了一种新方法——使用超平坦的金膜——将vdW单晶一层一层地分解成单层，产量接近于1，尺寸仅受大块晶体尺寸的限制
使用这种技术生成的单层具有与传统“透明胶带”剥离法相同的高质量，但大约大一百万倍
单层可以组装成宏观的人工结构，其性质在常规生长的块状晶体中不容易产生
例如，二硫化钼层可以彼此对齐，使得所得到的叠层缺乏镜像对称性，结果表现出强烈的非线性光学响应，其中它吸收红光并发射紫外光，这一过程被称为二次谐波产生
“这种方法使我们更接近于大规模生产具有可控性质的宏观单层和块状人工材料，”哥伦比亚大学工程学院机械工程教授王芳仁说
15年前，人们发现碳的单个原子层——石墨烯——可以很容易地从石墨的大块晶体中分离出来，并作为完美的二维材料进行研究，这一发现获得了2010年诺贝尔物理学奖
从那以后，世界各地的研究人员研究了各种二维材料的特性和应用，并学会了如何将这些层组合成堆叠的异质结构，这本身就是新的混合材料
最初为石墨烯开发的透明胶带法使用粘性聚合物来分离晶体，这种方法易于实施，但控制不好，产生的二维薄片尺寸有限，通常为几十微米宽，或者只有一根头发的横截面大小
该领域和未来制造业面临的一个主要挑战是，如何在按需生产二维板材的确定性流程中，将这一流程扩大到更大的尺寸
扩大二维材料生产的主要方法是薄膜的生长，薄膜已经取得了巨大的成功，但在材料质量、再现性和所需温度方面仍面临挑战
其他研究小组率先使用金来剥离大型二维薄片，但他们使用的方法要么将二维薄片留在金基底上，要么涉及蒸发热金原子的中间步骤，这些步骤会损坏二维材料
“在我们的研究中，我们受到了半导体行业的启发，该行业通过生长大单晶并将它们切成薄片来制造用于计算机芯片的超纯硅片，”首席研究员、哥伦比亚大学化学系纳米科学霍华德家族教授皮晓阳·朱说
“我们的方法是在原子尺度上做到这一点:我们从层状材料的高纯度晶体开始，一次剥离一层，获得与母晶体尺寸相同的高纯度二维片
" 研究人员从诺贝尔奖获奖的透明胶带方法中得到启示，开发了一种超扁平的金胶带来代替粘性聚合物胶带
原子般平坦的金表面牢固而均匀地粘附在二维材料的晶体表面，并一层一层地分解它
这些层的大小和尺寸与原始晶体相同，提供的控制程度远远超过使用透明胶带所能达到的程度
该论文的第一作者、博士后学者方柳说:“金带法非常温和，所得薄片的质量与透明胶带法相同。”
“特别令人兴奋的是，我们可以将这些原子般薄的晶片按照任何想要的顺序和方向堆叠起来，从而制造出一种全新的人造材料
" 这项工作是在超度和超原子固体精密装配中心进行的，这是一个由国家科学基金会资助并由霍恩领导的材料科学和工程研究中心
该研究项目使用了由哥伦比亚纳米倡议运营的共享设施
受最近在“扭曲”方面令人兴奋的进展的激励，该团队现在正在探索在这些人造材料的层间增加小的旋转
通过这样做，他们希望在宏观尺度上实现对量子特性的显著控制，例如最近在微米级薄片中证明的超导性
他们还致力于拓宽他们的新技术，使其成为适用于所有类型层状材料的通用方法，并着眼于大规模制造和商业化的潜在机器人自动化
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