揭示二维范德华（vdW）异质结的生长机制对于探索其功能和器件应用具有重要意义。
近日，广东工业大学黄少铭教授，纽约州立大学布法罗分校Hao Zeng报道了开发了一种物理气相沉积与原位光学显微镜/拉曼光谱集成系统，并应用该技术实时表征二维vdW异质结构的生长动力学。以CdI2/WS2，CdI2/MoS2，CdI2/WSe2，PbI2/WS2，PbI2/MoS2，PbI2/WSe2等一系列vdW异质结为原型材料，展示了该系统原位揭示二维异质结生长动力学的通用性。
文章要点
1）研究发现，2D材料优先在vdW模板（而不是蓝宝石等非vdW衬底）上成核。此外，发现了两种可能对二维vdW异质结普遍适用的生长模式：一种是恒定的生长速率，形成规则的磁畴；另一种是生长速率与磁畴大小成反比的生长模式，导致晶体呈亚圆形。
2）通过密度泛函理论（DFT）计算，研究人员复制了两种生长模式，并将其起源解释为显著的表面扩散和边缘吸附效应。基于这一认识，设计了用传统的CVD方法合成其他二维vdW异质结（如Bi2Se3/WS2）的实验。此外，通过改变合成参数，可以在任意一种模式下控制生长。而不同的生长模式则会导致二维vdW异质结的生长速率、畴形貌甚至层间扭角的显著差异。
研究结果为2D vdW异质结的生长动力学提供了新的见解，扭转了利用常规方法研究面临的挑战性。
参考文献
Kenan Zhang, et al, Visualizing Van der Waals Epitaxial Growth of 2D Heterostructures, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202105079
https://doi.org/10.1002/adma.202105079
