在二维材料中嵌入一维材料 将使未来半导体反应速度更快

纳米材料是指材料在某一维、二维或三维方向上的尺度达到纳米尺度的材料。它可以分为零维材料、一维材料、二维材料、三维材料，当一种常规的材料达成到纳米尺度时，它的性质就会与平时产生很大的不同。

当纳米材料是单原子的厚度时，被为二维材料 ，其代表性的是2004年首度公开的石墨烯。近些年来，过渡金属二维材料也得到了科学家极大的关注，例如二硫化钨、二硫化钼或二硒化钨，这些材料对于下一代电子产品具有很大的应用潜力。

二维过渡金属二硫族化合物（TMD）有望用于各种下一代电子和光电子应用。然而，为了充分发挥这些半导体的潜力，研究人员需要能够从这些材料中制造出非常细的导线，以便将它们用作原子接触，这种纳米线需要二维材料更小更薄，它被称为一维材料。

二维材料，是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度上平面自由运动的材料，一维材料则是再去掉一维度，这类材料的主要形态有纳米线、纳米棒、纳米管等。必须指出的是，制备石墨烯，二硫化钨（钼）或其它任何的二维、一维材料，目前并没有较经济可行的生产工艺。

近来，美国纽约康奈尔大学的一个科学团队现在采取了一种新的“脱位催化”技术，成功在二维二硒化钨单层中嵌入一维硫化钼通道。最终，一维通道的边缘没有失配错位和悬挂键，因此与嵌入的2D矩阵相连接，该技术也可以轻松扩展到二硒化钨、二硫化钼等其他2D材质。

对于研究的细节，科学家说：“降低原子层厚度二维材料的宽度对于可以这类材料未来能否突破现有的以硅晶圆为主的芯片格局至关重要。因为二维材料的未来能将现有芯片的尺寸缩小到几纳米，这对于未来芯片的半导体扩展具有非凡的意义，可以设想会出现可以植入人体的芯片，或者更智能的计算机设施或机器人。

之前，研究人员主要通过对一种材料的2D层进行光刻图案化，然后在图案化区域中的第一层顶部上生长另一种2D材料的层来制造2D异质结构器件。尽管这种技术可以将材料的尺寸控制在100纳米左右，但光刻图案化工艺本身会产生原子缺陷和污染。这些异质结构中的原子结包含电子缺陷态，这对器件的最终电子性质产生不利影响。

于是，研究小组提出了一种新的方法来在二维异质结构中制造一致的一维通道。首先他们在两种二维过渡金属二硫族化合物材料二硫化钼（MoS₂）和二硒化钨（WSe₂）之间制作横向界面。然后将前体分子引入整体，为通道材料一维二硫化钼纳米线（MoS₂）提供高化学势。失配位错的核心比其周围更具反应性，这使得沟道原子（​​Mo和S）能够插入到位错核心中。这将位错从MoS₂和WSe₂之间的原始接口推开，并且该过程在核心后面的轨迹中创建一维MoS₂通道。

这些通道宽度小于2 nm，侧壁没有位错和悬挂键，这种被称为“脱位催化”技术被研究人员解释说：“这种错位催化生长技术就像用红色的丝绸片取代白色丝线一样，更形象地说，因为半导体一维纳米线的连接，半导体二维材料之间的交流通道由羊肠小路变成为高速铁路，这一过程将在半导体纳米科学中发挥了至关重要的作用。”

最后，科学家们还认为，根据他们的密度泛函计算，一维二硫化钼（MoS₂）导线具有非凡的电子特性，可应用于诸如量子限制和II型带对准，他们希望用二维材料将它们图案化，并将这些图案化的2D材料堆叠起来，以制造高度集成的灵活和透明的电路，这对未来的新型计算机器件研制非常有用。

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