最近，我校电子科学与工程学院王欣然、施毅教授课题组在二维材料研究领域取得重要进展，他们的研究论文“Towards intrinsic charge transport in monolayer MoS2 by defect and interface engineering”（Nature Communications 5, 5290 (2014)）和“Two-dimensional quasi-freestanding molecular crystals for high-performance organic field-effect transistors”(Nature Communications 5, 5162 (2014))分别于10月20日和21日在Nature Communications线上发表。这两篇论文针对目前国际上的前沿热点，分别在二维原子晶体（MoS2）和二维分子晶体（C8-BTBT）材料的外延生长、化学修饰及电子器件方面取得了突破。
图1 单层二硫化钼缺陷修复示意图 (电子科学与工程学院 摄影)
单层二硫化钼（惭辞厂2）是一种直接带隙的二维晶体材料，有希望成为硅材料之后的新一代半导体材料。单层惭辞厂2理论上具备很好的载流子输运性能，但材料本征缺陷以及界面上的杂质散射使其实测性能远远低于理论值。针对这个问题，课题组在前期工作（Nature. Comm., 4, 2642 (2013) ）的基础上，与东南大学、新加坡高性能计算研究所等单位合作，发展出硫醇化学修饰方法，成功修复了单层MoS2的表面厂空位缺陷（图1），实现了电学性能的大幅提升，室温迁移率达到80肠尘2/痴蝉，是目前国际上报道的最高纪录。同时，课题组发展出一整套完整理论模型，完美的解释了惭辞厂2在电学输运中的各种机制并且在理论上预测了器件性能继续提高的线路图。该项工作对于实现高性能二维半导体器件提供了一条有效途径。
图2 二维有机材料生长过程示意图 (电子科学与工程学院 摄影)
有机晶体是半导体材料领域的一个重要分支，已经广泛应用于太阳能电池、显示器等领域。研究组与东南大学、北京师范大学、中科大、日本国立材料研究所、香港中文大学等单位合作，将有机晶体与二维材料的概念相结合，在国际上首次利用范德华外延制备出大面积、高质量的单层分子晶体（图2）。在石墨烯衬底上制备出“石墨烯 – 分子晶体 - 金”三明治结构的高开关比场效应晶体管，并实现了“与门”、“或门”逻辑运算功能。进一步，在氮化硼衬底制备的单层C8-BTBT分子晶体场效应晶体管，室温下迁移率能到达10cm2/Vs, 比之前报道的结果提高了两个数量级以上。该项工作将二维晶体的概念从无机材料引入到有机材料，极大的扩展了二维材料研究领域，为未来二维材料在电子和光电器件的应用打开了一个新的局面。
这两项研究工作得到青年、国家重点基础研究项目、国家自然科学基金、国家科技重大专项、江苏省自然科学基金、江苏省优势学科项目等资助。（电子科学与工程学院）
