通訊單位：哥倫比亞大學

自2004年首次報道單層石墨烯，加上近年來魔角石墨烯和範德華異質結在下一代電子器件、量子裝置和高溫超導等諸多領域的革命性突破，二維材料已成為當今科學界最活躍的研究領域之一。

問題在於：如何巨集量獲取高品質大尺寸的單晶二維材料？

目前二維材料的製備方法中，液相剝離會產生小尺寸且品質較差的產物，化學氣相沉積可以在晶圓級生長連續的單層膜，但是難免會出現高缺陷密度的多晶形式。著名的透明膠帶法可生產出迄今為止品質最高的單層膜，但尺寸往往小於100μm，且產率非常低。大塊TMDC晶體在金基底上剝落可產生高達釐米級的單分子層，但是很難從金基底上剝離和轉移。

有鑑於此，哥倫比亞大學X.-Y. Zhu團隊在前人基礎上進行創新，發展了一種可以將塊體範德華晶體以近100%產率製備成大尺寸（毫米-釐米級）單晶單層範德華二維材料的新策略。

圖1. 剝離策略示意圖

研究人員在高度拋光的矽晶片的超平坦表面上蒸發了一層薄金膜之後，用熱敏剝離帶和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）介面層，將金膜從基材上剝離下來。

超平坦的金帶允許Au與2D vdW晶體表面之間緊密且均勻的範德華接觸，並將完整單層剝落轉移到所需基材上。撕下熱敏膠帶後，洗掉PVP層，並用溫和的蝕刻劑溶液將金去除，就可以獲得具有巨集觀尺寸（通常為毫米至釐米）的單層膜。

圖2. 金帶和透明膠帶剝離對比

在此基礎上，研究人員還將單層組裝成MoSe2/WSe2雙層範德華異質結等人工結構，包括具有破壞的反對稱性和增強的非線性光學響應的過渡金屬二鹵化鎢多層結構。

圖3. 人工組裝

總之，該方法適用於多種塊體範德華材料，最終單層尺寸完全取決於塊體尺寸大小。這一策略將經典的透明膠帶法進行了升級，簡單而又神奇，將有力地推動二維材料研究領域的不斷向前。

參考文獻：

Fang Liu et al, Disassembling 2D van der Waals crystals into macroscopic monolayers and reassembling intoartificial lattices, Science, 2020.

DOI: 10.1126/science.aba1416

https://science.sciencemag.org/content/367/6480/903