近日，中國科學(xué)院金屬研究所發(fā)現(xiàn)了全新的二維層狀MoSi₂N₄材料家族，相關(guān)成果在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Science。論文題為Chemical vapor deposition of layered two-dimensional MoSi₂N₄ materials（《層狀二維MoSi₂N₄材料的化學(xué)氣相沉積》）。 

　　以石墨烯為代表的二維范德華層狀材料具有獨特的電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等性質(zhì)，在電子、光電子、能源、環(huán)境、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前廣泛研究的二維層狀材料，如石墨烯、氮化硼、過渡金屬硫族化合物、黑磷烯等，均存在已知的三維母體材料。探索不存在已知三維母體材料的二維層狀材料，可極大拓展二維材料的物性和應(yīng)用，具有重要的科學(xué)意義和實用價值。 

　　此前，該研究團(tuán)隊發(fā)明了雙金屬基底化學(xué)氣相沉積（CVD）方法，制備出了多種不同結(jié)構(gòu)的非層狀二維過渡金屬碳化物晶體，如正交碳化鉬（Mo₂C）、六方碳化鎢（WC）和立方碳化鉭（TaC），并發(fā)現(xiàn)超薄Mo₂C為二維超導(dǎo)體（Nature Materials, 2015）。然而受表面能約束，富含表面懸鍵的非層狀材料傾向于島狀生長，因此難以得到厚度均一的單層材料。 

　　研究團(tuán)隊最新研究發(fā)現(xiàn)，在CVD生長非層狀二維氮化鉬（MoN）的過程中，引入Si元素可以鈍化其表面懸鍵，從而制備出一種不存在已知母體材料的、全新的二維范德華層狀材料MoSi₂N₄，并獲得了厘米級單層薄膜（圖1）。單層MoSi₂N₄包含N-Si-N-Mo-N-Si-N 7個原子層，由兩個Si-N層夾持單層MoN（N-Mo-N）構(gòu)成。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，該材料具有半導(dǎo)體性質(zhì)（帶隙約1.94 eV）和優(yōu)于MoS₂的理論載流子遷移率，還表現(xiàn)出優(yōu)于MoS₂等單層半導(dǎo)體材料的力學(xué)強度和穩(wěn)定性；并通過理論計算預(yù)測出了十多種與單層MoSi₂N₄具有相同結(jié)構(gòu)的二維范德華層狀材料，包含不同帶隙的半導(dǎo)體、金屬和磁性半金屬。 

　　該工作不僅開拓了全新的二維層狀MoSi₂N₄材料家族，拓展了二維材料的物性和應(yīng)用，而且開辟了制備全新二維范德華層狀材料的研究方向，為獲得更多新型二維材料提供了新思路。 

　　金屬所博士生洪藝倫、劉志博副研究員和博士生王磊為該論文共同第一作者，任文才為通訊作者。該研究得到了中科院“從0到1”原始創(chuàng)新項目和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）等的支持。 

　　原文鏈接：https://science.sciencemag.org/content/369/6504/670 

　　圖1. 二維層狀MoSi₂N₄材料及其性質(zhì)