物理學家習慣使用他們所能想到的最好的詞語來形容石墨烯。這絲薄的單原子厚度的碳是靈活、透明的，比鋼強、比銅導電好，雖然非常薄，但它實際上是二維材料。在2004年被分離出來后不久，石墨烯就成為全世界研究人員癡迷的對象。

　　不過，對Andras Kis而言并非如此。Kis表示，與石墨烯一樣不可思議的是，“我覺得必須超越碳”。因此，在2008年，當他有機會在瑞士聯(lián)邦理工學院（EPFL）組建自己的納米電子學研究團隊時，Kis專注于研究一種超平材料。

　　這些材料有一個“笨拙”的名字：過渡金屬硫化物（TMDC），但它們具有相當簡單的二維結(jié)構(gòu)。鉬或鎢等過渡金屬原子的單排結(jié)構(gòu)，夾在同樣薄的硫元素層之間，例如硫和硒——在元素周期表中，它們均位于氧元素的下方。Kis表示，TMDC幾乎與石墨烯同樣薄、透明和靈活。“但它們莫名奇妙地就得到一個沒有趣的名聲，我認為它們應該有第二次機會。”

　　他是對的。很快，研究人員發(fā)現(xiàn)，不同基礎成分搭配制成的TMDC具有大范圍的電子和光學特性。例如，與石墨烯不同，許多TMDC是半導體，這意味著它們有潛力被制成分子級別的數(shù)字處理器，并比硅更加節(jié)能。

　　在幾年中，全世界大量實驗室已經(jīng)加入了追尋這種二維材料的行列。“最初是一種，然后是兩種、三種，突然間，變成了二維材料王國。”Kis說。從2008年的零星出版，到現(xiàn)在每天6篇出版物問世，二維TMDC不斷發(fā)展。物理學家認為可能有約500種二維材料，不只石墨烯和TMDC，還包括單層金屬氧化物和單元素材料。“如果你想要一個給定屬性的二維材料，那么你將能找到一個。”愛爾蘭都柏林三一學院物理學家Jonathan Coleman說。

　　“每一個都像樂高積木，如果你將它們拼在一起，或許就能做出一個全新的東西。”Kis說。

　　平面大冒險

　　僅幾個原子厚度的材料，就能有非常不同的基本特性。“即便塊體材料乏善可陳，但如果你能將它變?yōu)槎�維形式，它會打開新的大門。”中國復旦大學實驗凝聚態(tài)物理學家張遠波說。

　　碳就是一個典型的案例。2004年，物理學家Andre Geim和Konstantin Novoselov首次報告稱，他們在英國曼徹斯特大學的實驗室分離出了石墨烯。他們的技術非常簡單。基本步驟是，在石墨薄片上按壓一條膠帶，然后將膠帶撕下，膠帶上就殘留有一些原子厚度的薄層。通過重復該過程，他們最終得到了單原子層，于是Geim和Novoselov得以開始研究石墨烯的特性。該研究獲得2010年諾貝爾物理學獎。

　　物理學家很快開發(fā)出該物質(zhì)的許多應用特性，從制作可彎曲屏幕到能源儲存。但不幸的是，石墨烯并不適用于數(shù)字電子學領域。而對于這一領域而言，理想材料是半導體。

　　不過，Geim和Novoselov在制作石墨烯方面獲得的成功激勵了其他研究人員。Kis等人開始探索可替代的二維材料。于是，他們瞄準了TMDC。到2010年，Kis團隊利用TMDC二硫化鉬制出了首個單層晶體管，并預測有一天這些設備能提供柔性電子。2010年的諸多研究顯示，二硫化鉬能有效吸收和發(fā)射光，使其有望用于太陽能電池和光電探測器。

　　法國圖盧茲物理和化學納米實驗室物理學家Bernhard Urbaszek表示，單層TMDC能捕獲超過10%的攝入光子，這對于3個原子厚度的材料而言是一個不可思議的數(shù)字。這也幫助他們解決了另一個問題：將光轉(zhuǎn)化為電。當光子撞到這個三層晶體管上時，能推動電子穿越能隙，并允許其穿過一個外部電路。每個自由電子會在該晶體中留下一個真空區(qū)，這里是電子本來的位置—— 一個帶正電荷的洞。加上電壓后，這些洞和電子會向不同的方向循環(huán)，從而產(chǎn)生一個電流凈流。

　　該過程還能被逆轉(zhuǎn)，即將電轉(zhuǎn)化為光。如果電子和真空洞被從一個外部環(huán)路注入TMDC，當它們相遇時就會再次組合然后釋放光子。這種光電相互轉(zhuǎn)化的能力使得TMDC有望被用于利用光傳輸信息、用作微小的低功率光源，甚至激光。
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