莫爾超晶格是由兩個(gè)或多個(gè)單層/少層二維材料以一定的層間轉(zhuǎn)角堆疊在一起而形成的一類新穎的關(guān)聯(lián)電子材料體系。莫爾超晶格體系具有強(qiáng)的電子關(guān)聯(lián)和能帶拓?fù)涮匦裕宫F(xiàn)出一系列衍生現(xiàn)象，如非常規(guī)超導(dǎo)、莫爾激子、滑移鐵電、分?jǐn)?shù)量子反常霍爾效應(yīng)等。然而，由于傳統(tǒng)機(jī)械剝離方法獲得的單層/少層二維材料的尺寸小且產(chǎn)率低，增加了構(gòu)筑摩爾超晶格中的角度對(duì)準(zhǔn)的難度；構(gòu)筑高質(zhì)量莫爾超晶格需要避免濕法轉(zhuǎn)移過(guò)程，使得近年來(lái)發(fā)展的金膜輔助的機(jī)械剝離方法較難適用于莫爾超晶格構(gòu)筑。為了實(shí)現(xiàn)莫爾超晶格的高效精準(zhǔn)構(gòu)筑，亟需開發(fā)通用、高效且與干法轉(zhuǎn)移堆疊技術(shù)兼容的大面積、高質(zhì)量的二維原子晶體的機(jī)械剝離方法。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心研究員高鴻鈞帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，致力于新型二維原子晶體材料的制備、物性調(diào)控及原型器件等方面的研究。近期，該團(tuán)隊(duì)的博士研究生吳康和副研究員鮑麗宏等，發(fā)展了普適性的金模板輔助的機(jī)械剝離方法，制備了高質(zhì)量、大面積單層/少層半導(dǎo)體、超導(dǎo)、磁性二維原子晶體材料。層數(shù)依賴的Raman和熒光光譜表征表明，該工作所獲得的單層/少層過(guò)渡金屬硫族化合物（TMD）具有較高質(zhì)量。科研人員制備了一系列六方氮化硼封裝的高質(zhì)量單層/少層空氣敏感的二維材料的電子器件，包括BP場(chǎng)效應(yīng)晶體管和NbSe₂的霍爾器件，并探討了層厚依賴的電學(xué)性質(zhì)，證明了金模板輔助機(jī)械剝離方法與干法轉(zhuǎn)移堆疊技術(shù)可以兼容，并可普適地探討各種薄至單層的二維材料的層厚依賴的本征電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。

該研究通過(guò)干法轉(zhuǎn)移堆疊技術(shù)拾取金模板襯底上位于裸露的矩形SiO₂（30μm × 40μm）陣列上相鄰的單層/少層二維晶體，構(gòu)筑了轉(zhuǎn)角雙層TMD同質(zhì)結(jié)和轉(zhuǎn)角多層TMD同質(zhì)結(jié)，且角度對(duì)準(zhǔn)精度達(dá)~0.3°。研究通過(guò)對(duì)準(zhǔn)矩形SiO₂上的單層TMD臨近的晶體的長(zhǎng)直臺(tái)階（和晶體的特殊晶向?qū)?yīng)），構(gòu)筑了~60°層間轉(zhuǎn)角和~0°層間轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)角TMD異質(zhì)結(jié)，且角度對(duì)準(zhǔn)精度<1°。莫爾條紋成像、層間激子熒光光譜、二次諧波產(chǎn)生等一系列系統(tǒng)表征證明了高質(zhì)量莫爾超晶格的精準(zhǔn)構(gòu)筑。該成果展示了金膜板輔助的機(jī)械剝離方法在高效精準(zhǔn)構(gòu)筑以轉(zhuǎn)角TMD同質(zhì)結(jié)和異質(zhì)結(jié)為代表的莫爾超晶格上的優(yōu)勢(shì)，為高效精準(zhǔn)構(gòu)筑莫爾超晶格提供了新的材料制備方法，對(duì)于探索莫爾超晶格中的新奇物態(tài)具有積極意義。

相關(guān)研究成果以Gold-Template-Assisted Mechanical Exfoliation of Large-Area 2D Layers Enables Efficient and Precise Construction of Moiré Superlattices為題，在線發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院等的支持。

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