二維材料：從基礎(chǔ)到應(yīng)用

張廣宇 龍 根 林生晃 冼樂德 姜 巖 吳 昊 王碩培 李 娜

1 松山湖材料實驗室 東莞 523808

2 中國科學院物理研究所 北京 100190

3 北京凝聚態(tài)物理國家研究中心 北京 100190

4 中國科學院大學 物理科學學院 北京 100049

由于材料尺寸維度的限制，低維材料中電子只能在低維空間中自由運動[1]。石墨烯、二硫化鉬、碳納米管、富勒烯等都是低維材料的典型代表，這些材料以其優(yōu)異且獨特的電學、磁學、光學、力學特性和所蘊含的豐富物理現(xiàn)象，在世界范圍內(nèi)占據(jù)了凝聚態(tài)物理等基礎(chǔ)學科領(lǐng)域中的重要地位[2,3]。在當前半導體器件不斷小型化及柔性化的主流趨勢下[4]，二維半導體材料由于其本身結(jié)構(gòu)優(yōu)勢及電學性質(zhì)特點，在先進半導體的發(fā)展中有巨大潛力。國際半導體聯(lián)盟在“2015國際半導體技術(shù)路線圖”（ITRS）中明確指出，“在眾多的解決方案中，使用二維材料看起來是非常有前途的”。此外，基于二維材料的自旋電子學被列入歐盟“石墨烯旗艦計劃”等由政府主導的重大科技工程。以上事實說明了二維材料在“后摩爾定律”時代的半導體技術(shù)發(fā)展中的重要地位。

1 全球二維材料研究熱點

自從石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，人們對二維材料的研究經(jīng)歷了一個快速發(fā)展的過程。雖然從組分上來說，二維材料與其母體塊材完全一致，但兩者之間的性質(zhì)迥異。例如：單層石墨烯是零禁帶寬度的半導體，而多層石墨卻是能帶交疊的半金屬；單層二硫化鉬有直接帶隙，因而有很高的發(fā)光效率，而多層二硫化鉬則具有間接帶隙?！?br>