賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員研究出了可控的、導(dǎo)電能力能被開(kāi)啟和關(guān)閉的、能夠自發(fā)光的硅的替代品——二硫化鉬。石墨烯，一種單原子厚度的碳原子晶格材料，由于其極高的導(dǎo)電性和無(wú)與倫比的薄而經(jīng)常被吹捧作為硅的替代品用在電子器件領(lǐng)域。但石墨烯并不是唯一能夠扮演這樣角色的二維材料。

賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員在制造這種二硫化鉬材料方面取得了重大進(jìn)步。他們以氧化鉬為“種子”，在其周圍生長(zhǎng)二硫化鉬薄片。這種方法使得研究者能夠更容易的控制二硫化鉬的尺寸、厚度和分布位置。

不像石墨烯，二硫化鉬具有能帶間隙，這就意味它的導(dǎo)電能力可以被開(kāi)啟和關(guān)閉。這樣的一個(gè)特征是應(yīng)用于計(jì)算半導(dǎo)體器件的關(guān)鍵。另一個(gè)區(qū)別是，二硫化鉬能夠發(fā)光，這意味著它可以被用于發(fā)光二極管，自報(bào)式傳感器和光電子學(xué)器件。

Penn團(tuán)隊(duì)的進(jìn)步是改進(jìn)了一種方法：通過(guò)“播種” 前驅(qū)體在基板上，用化學(xué)氣相沉積法來(lái)控制二硫化鉬小薄片的形成。

“我們先放少量氧化鉬在我們想要的位置，”內(nèi)勒說(shuō)，“然后通入二氧化硫氣體。在合適的條件下，這些種子會(huì)與二氧化硫反應(yīng)生成二硫化鉬。”

“優(yōu)化二硫化鉬生長(zhǎng)條件是有技巧的，”約翰遜說(shuō)，“但我們將施加更多的控制，使材料移動(dòng)到我們構(gòu)造的位置來(lái)搭建復(fù)雜的系統(tǒng)。因?yàn)槲覀兿胍谀睦镩L(zhǎng)它就在哪里長(zhǎng)，所以這會(huì)使裝置制作起來(lái)更加容易。我們使晶體管中上層二硫化鉬薄片被排出的部分在一個(gè)單獨(dú)的層面，這樣我們就可以讓幾十甚至上百層的器件合而為一。然后我們觀察到制造的晶體管正如我們所期望的一樣，能夠開(kāi)啟和關(guān)閉并且能夠發(fā)光。”

這種制備方法能夠使二硫化鉬薄片的生長(zhǎng)位置與相應(yīng)的電子器件匹配，以此研究者就可以跳過(guò)一些制作石墨烯電子器件所必須經(jīng)過(guò)的步驟。石墨烯生長(zhǎng)出來(lái)是比較大的片層，接下來(lái)研究者需要把它切成需要的尺寸，然而，減小石墨烯尺寸的過(guò)程會(huì)增加有害污染的風(fēng)險(xiǎn)。

這項(xiàng)研究也標(biāo)志著我們邁出了制造新的二維材料家族成員的第一步。

“我們可以用鎢取代鉬，用硒取代硫，”內(nèi)勒說(shuō)，“只要從那里沿著元素周期表找。我們可以想象生長(zhǎng)所有這些物質(zhì)在我們想要的位置并且利用它們不同的性能。”