在二維材料中嵌入一維材料 將使未來半導體反應速度更快

納米材料是指材料在某一維、二維或三維方向上的尺度達到納米尺度的材料。它可以分為零維材料、一維材料、二維材料、三維材料，當一種常規的材料達成到納米尺度時，它的性質就會與平時產生很大的不同。

當納米材料是單原子的厚度時，被為二維材料 ，其代表性的是2004年首度公開的石墨烯。近些年來，過渡金屬二維材料也得到了科學家極大的關注，例如二硫化鎢、二硫化鉬或二硒化鎢，這些材料對於下一代電子產品具有很大的應用潛力。

二維過渡金屬二硫族化合物（TMD）有望用於各種下一代電子和光電子應用。然而，為了充分發揮這些半導體的潛力，研究人員需要能夠從這些材料中製造出非常細的導線，以便將它們用作原子接觸，這種納米線需要二維材料更小更薄，它被稱為一維材料。

二維材料，是指電子僅可在兩個維度的非納米尺度上平面自由運動的材料，一維材料則是再去掉一維度，這類材料的主要形態有納米線、納米棒、納米管等。必須指出的是，製備石墨烯，二硫化鎢（鉬）或其它任何的二維、一維材料，目前並沒有較經濟可行的生產工藝。

近來，美國紐約康奈爾大學的一個科學團隊現在採取了一種新的“脫位催化”技術，成功在二維二硒化鎢單層中嵌入一維硫化鉬通道。最終，一維通道的邊緣沒有失配錯位和懸掛鍵，因此與嵌入的2D矩陣相連接，該技術也可以輕鬆擴展到二硒化鎢、二硫化鉬等其他2D材質。

對於研究的細節，科學家說：“降低原子層厚度二維材料的寬度對於可以這類材料未來能否突破現有的以矽晶圓為主的晶片格局至關重要。因為二維材料的未來能將現有晶片的尺寸縮小到幾納米，這對於未來晶片的半導體擴展具有非凡的意義，可以設想會出現可以植入人體的晶片，或者更智慧的電腦設施或機器人。

之前，研究人員主要通過對一種材料的2D層進行光刻圖案化，然後在圖案化區域中的第一層頂部上生長另一種2D材料的層來製造2D異質結構器件。儘管這種技術可以將材料的尺寸控制在100納米左右，但光刻圖案化工藝本身會產生原子缺陷和污染。這些異質結構中的原子結包含電子缺陷態，這對器件的最終電子性質產生不利影響。

於是，研究小組提出了一種新的方法來在二維異質結構中製造一致的一維通道。首先他們在兩種二維過渡金屬二硫族化合物材料二硫化鉬（MoS₂）和二硒化鎢（WSe₂）之間製作橫向介面。然後將前體分子引入整體，為通道材料一維二硫化鉬納米線（MoS₂）提供高化學勢。失配位錯的核心比其周圍更具反應性，這使得溝道原子（Mo和S）能夠插入到位錯核心中。這將位錯從MoS₂和WSe₂之間的原始介面推開，並且該過程在核心後面的軌跡中創建一維MoS₂通道。

這些通道寬度小於2 nm，側壁沒有位錯和懸掛鍵，這種被稱為“脫位催化”技術被研究人員解釋說：“這種錯位催化生長技術就像用紅色的絲綢片取代白色絲線一樣，更形象地說，因為半導體一維納米線的連接，半導體二維材料之間的交流通道由羊腸小路變成為高速鐵路，這一過程將在半導體納米科學中發揮了至關重要的作用。”

最後，科學家們還認為，根據他們的密度泛函計算，一維二硫化鉬（MoS₂）導線具有非凡的電子特性，可應用于諸如量子限制和II型帶對準，他們希望用二維材料將它們圖案化，並將這些圖案化的2D材料堆疊起來，以製造高度集成的靈活和透明的電路，這對未來的新型電腦器件研製非常有用。

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