在《科學》雜志上發(fā)表的一份新報告中，洪一倫和中國和英國的一組材料科學，工程學和先進技術研究科學家對二維(2-D)材料進行了研究，以發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象和不同尋常的性質。該團隊在基于化學氣相沉積的氮化鉬生長過程中引入了元素硅，以鈍化其表面并用諸如MoSi 2 N 4的硅開發(fā)厘米級的單層氮化物膜。。他們用氮-硅-氮-鉬-氮-硅-氮(N-Si-N-Mo-N-Si-N)的順序構建了具有七個原子層的單層膜，所得材料顯示出半導體行為和在環(huán)境條件下具有出色的穩(wěn)定性。利用密度泛函理論(DFT)的計算，科學家預測了這類單層結構的二維材料的大范圍存在，并將其用于半導體，金屬和磁性半金屬。

二維材料

二維材料具有吸引人的特性，適合各種技術應用。其中，過渡金屬碳化物和氮化物(TMC和TMN)可以形成大量的非層狀材料，以結合陶瓷和金屬的特性。MAX相形成了單層MXene的基礎，其中M代表早期過渡金屬，A是鋁或硅等A族元素，X是碳，氮或兩者?？梢酝ㄟ^蝕刻A元素層來選擇性地合成這種單層膜。這些材料具有親水性(親水性)表面和高電導率，具有廣闊的應用前景，包括儲能，傳感器和催化作用?？茖W家最近開發(fā)了一種化學氣相沉積(CVD)方法，以生長具有不同結構的高質量，無層二維TMC和TMN晶體。但是表面能的約束導致非層狀材料以島狀而不是層狀生長。在這項工作中，洪等人。因此，使用化學氣相沉積法生長了2-D氮化鉬和MoSi 2 N 4化合物。

開發(fā)和表征新形成的二維材料

在實驗過程中，科學家使用銅/鉬(Cu / Mo)雙層作為底物，并使用氨(NH 3)氣體作為氮源。當他們將元素硅引入實驗裝置時，襯底的生長明顯改變，形成了均勻的多晶膜。該團隊使用原子力顯微鏡(AFM)確定了材料表面的厚度，并指出表面生長過程是可靠的。通常，將元素添加到生長的2D材料中只會導致?lián)诫s而不改變基質的晶體結構。但是在這種情況下，添加硅導致了新的單層化合物，而不是簡單地摻雜襯底。Hong等。使用先進的透射電子顯微鏡(TEM)鑒定了新形成的二維材料的晶體結構，并使用能量色散X射線能譜(EDS)，電子能量損失能譜(EELS)和X射線光電子能譜測試了其表面元素(XPS)。

確認MoSi 2 N 4配方并突出顯示材料特性。

由于使用透射電子顯微鏡難以對氮原子的精確位置成像，因此該團隊對化合物進行了密度泛函理論(DFT)計算，以揭示其結構式。該方法證實了含有MoSi 2 N 4分子式的范德華(vdW)層狀二維材料的存在。然后，使用分子動力學計算，他們觀察到該結構是動態(tài)和熱力學穩(wěn)定的，而拉曼光譜 表明MoSi 2 N 4結構的晶體質量很高。再次使用DFT計算，Hong等人注意到MoSi 2 N 4保持半導體特性(光學和電特性)的單層膜，以及依賴于材料彈性模量的載流子遷移率。

為了研究單層MoSi 2 N 4薄膜的光學特性，Hu等人。將其轉移到藍寶石襯底上并測量其帶隙，在那里，半導體單層保持了與石墨烯相當?shù)母咄腹饴?。為了測試材料的電傳輸性能，Hong等人。制造了背柵場效應晶體管器件，以觀察典型的半導體行為。然后，科學家使用納米壓痕技術測量了單層薄膜的機械性能。突出膜的彈性行為。新形成的材料顯示用于處理，存儲，和在環(huán)境條件下處理長期穩(wěn)定性沒有保護環(huán)境不同于其它材料。

創(chuàng)建廣泛的2-D范德華(vdW)分層材料

Hong等。展示了基于額外的DFT計算，多種多樣的過渡金屬元素如何潛在地替代MoSi 2 N 4中的相應元素，從而創(chuàng)建出具有相似晶體結構的一類廣泛的2-D范德華層狀材料。在這種情況下，它們代表通式為MA 2 Z 4的材料，其中M代表早期過渡金屬，A是硅或鍺，Z代表氮，磷或砷。MA 2 Z 4中的元素多樣性通過在光電子，電子和自旋電子學中的應用，允許其帶隙和磁性能的廣泛可調性。使用這種材料，科學家將能夠研究層狀材料中存在的迄今未知的令人興奮的特性和應用。這樣，此處描述的化學氣相沉積方法將為合成二維和單層形式的多種材料鋪平道路。