第一作者：Jiajun Chen

通讯作者：黄昱, James J. De Yoreo

通讯单位：华盛顿大学、加州大学洛杉矶分校

研究亮点：

1. 打破经典成核理论，发现二维晶体生长可以不需要尺寸能垒，临界成核尺寸为0。

2. 发现二维多肽晶体的生长模式是一次生长一行，然后逐渐形成二维组装体。

晶核是晶体生长的基础，快速形成，又难以捕捉。经典的成核理论认为，基底表面的二维材料晶核必须长大到一定尺寸（即临界尺寸），才能继续生长，否则就会分解为前驱体。

然而，一定得这样吗？

有鉴于此，华盛顿大学James J. De Yoreo和加州大学洛杉矶分校黄昱课题组利用原位AFM和分子动力学模拟，从分子层次解析了二维材料成核生长的新机理。

图1. 多肽在MoS₂表明组装

研究团队利用噬菌体展示技术选择了一种和MoS₂具有良好的亲和力短链多肽，这种多肽含有7个氨基酸，称作MoSBP1。MoSBP1溶液浸入MoS₂之后，MoSBP1形成拉长的岛状结构，随着多肽浓度提高，高深宽比逐渐发生变化。

多肽形成的六角阵列以二聚体的形式进行外延生长。结果显示，不需要尺寸能垒，多肽晶体生长的临界成核尺寸为0。更有趣的是，其生长模式是一次生长一行，然后逐渐形成二维组装体。

总之，这项研究打破了一维材料的经典成核理论，并揭示了二维组装过程中存在的各种关键作用力。

图2. 原位AFM观察MoS₂ (0001)表面的MoSBP1

图3. 分子动力学模拟MoS₂(0001)表面的MoSBP1及其二聚体和组装体

图4. MoSBP1在MoS₂(0001)表面的生长动力学

图5. 原位AFM观察HOPG表面的MoSBP1

参考文献：

Jiajun Chen, Enbo Zhu, Xiangfeng Duan, YuHuang, James J. De Yoreo et al. Building two-dimensional materials one row at atime: Avoiding the nucleation barrier. Science 2018, 362, 1135-1139.

http://science.sciencemag.org/content/362/6419/1135