異質(zhì)結(jié)構(gòu)作為先進(jìn)半導(dǎo)體器件的基本構(gòu)建模塊，因其獨特的結(jié)構(gòu)、界面和電子特性而備受關(guān)注。有機(jī)分子/二維材料異質(zhì)結(jié)因其原子級潔凈界面結(jié)構(gòu)和特殊電子態(tài)特性，在二維半導(dǎo)體材料與器件中具有廣泛的應(yīng)用前景。近期有機(jī)分子薄膜被發(fā)現(xiàn)可調(diào)控并大幅提高二維半導(dǎo)體材料性能（Nat. Mater.?2023,22,?1078）。分子調(diào)控二維半導(dǎo)體材料和器件的微觀機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。另外目前構(gòu)建有機(jī)分子/二維材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法主要包括溶液處理、機(jī)械剝離和轉(zhuǎn)移、氣相生長等，這些方法存在一些問題，如溶液處理可能引入化學(xué)污染，機(jī)械剝離限制了異質(zhì)結(jié)構(gòu)的尺寸，氣相生長可能在界面留下殘留物，影響異質(zhì)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

圖1. 自下而上制備大規(guī)模二維有機(jī)/HOPG異質(zhì)結(jié)。包括異質(zhì)結(jié)自剝離效應(yīng)示意圖、STM高度圖和計算得到的優(yōu)化結(jié)構(gòu)及能帶結(jié)構(gòu)

最近，中國科院蘇州納米所納米真空互聯(lián)實驗站（Nano-X）李坊森等與陜西師范大學(xué)潘明虎和高健智教授團(tuán)隊、美國猶他大學(xué)劉鋒教授團(tuán)隊合作，基于真空互聯(lián)技術(shù)，開發(fā)了一種自下而上制備二維大規(guī)模異質(zhì)結(jié)構(gòu)的新方法。用此方式構(gòu)筑的二維異質(zhì)結(jié)具有原子級潔凈的界面和高結(jié)晶性。研究發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)原子級潔凈界面和弱氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有利于形成增強的界面相互作用，以至于二維材料塊體材料的最頂層薄膜發(fā)生自剝離效應(yīng)，形成有效的漂浮二維有機(jī)框架薄膜/單層石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)。真空互聯(lián)的低溫掃描隧道顯微鏡（STM）、原位角分辨光電子能譜（ARPES）都探測到單層石墨烯的信息。進(jìn)一步有機(jī)分子/MoS2異質(zhì)結(jié)等實驗發(fā)現(xiàn)該方法具有普適性，觀察到MoS2從體材料到單層的帶隙轉(zhuǎn)變。該研究不僅解析了分子調(diào)控二維半導(dǎo)體材料和器件的微觀機(jī)制，還提供了一種通過自剝離效應(yīng)制造大面積二維有機(jī)-無機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的新思路和新方法。實驗得到了中國科學(xué)院蘇州納米所納米真空互聯(lián)實驗站（Nano-X）的大力支持。