近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心国际功能材料量子设计中心和物理系中国科学院强耦合量子材料物理重点实验室曾长淦教授、张汇副研究员实验团队联合崔萍研究员理论团队，在过渡金属二硫化物（TMDs）研究领域取得了重要进展。他们提出了一种通用的自组装策略，成功合成了1T/1H超晶格，为多功能电子器件的开发提供了新的可能性。相关研究成果以“Self-assembly of 1T/1H superlattices in transition metal dichalcogenides”为题，于12月4日在线发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。

近年来，TMDs因其丰富的物理性质受到广泛关注。由TMDs构成的范德华异质结和超晶格不仅能够展现各组分的固有特性，还通过层间相互作用产生超越单一组分的电子结构和功能特性。然而，传统的TMD异质结和超晶格制备方法主要依赖于外延生长或二维材料的机械堆叠，这些逐层人工构建技术通常复杂且耗时，制备效率和样品质量受到限制。

研究团队提出了一种基于自组装的通用策略，成功实现了TMD超晶格的高效合成。该策略的核心在于通过调控T相和H相的形成能，使T相和H相能够自发组装成1T/1H超晶格。以NbSe2-xTex为例，通过调整Te与Se的化学计量比，显著降低了T相与H相之间的形成能差异，从而促进1T与1H层的交替自组装，最终形成稳定的1T/1H超晶格。进一步研究表明，这种1T/1H超晶格保留了1T和1H层各自的电子特性，为新型电子器件和光电子器件的开发提供了重要的材料基础。

此外，研究团队还验证了该策略的普适性。通过将NbSe2中的Nb原子替换为V或Ti原子，他们同样成功合成了1T/1H超晶格。这些发现为其他层状材料的高效制备开辟了新的途径。

图：（a）扫描透射电子显微镜图像，展示了1H层和1T层的交替堆叠结构。（b）不同掺杂浓度下2H、1T以及1T/1H超晶格的相对形成能。

我校合肥微尺度物质科学国家研究中心博士生罗超杰、特任副研究员曹国花博士和物理学院博士生王碑林为论文共同第一作者。曾长淦教授、张汇副研究员与崔萍研究员为论文共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委、科技部、中国科学院以及安徽省的资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54948-x

（合肥微尺度物质科学国家研究中心、物理学院、中国科学院量子信息与量子科技创新研究院、科研部）