最近，中国科学院有个研究团队把硫族单原子直接送进二维材料的合成反应，给高品质材料的制备打开了新路子。丁利苹和乔瑞喜两位博士把过渡金属硫族化合物（TMDs）和MX₂（这里M可以是Mo或W，X是S、Se、Te）这些二维材料弄干净的事情，一直是个大难题。过去人们总觉得晶圆级单晶批量生产了问题就解决了，结果发现里面还是有不少缺陷。比如硫空位、晶界还有合金相分离这些问题，就像海底的暗礁一样，让材料性能没法发挥出来。丁峰和左勇刚带领的团队琢磨出了一个新招儿：把硫、硒、碲这些元素拆成单个原子，像喂药一样精准地“投喂”进反应里。他们先在一个密闭空间里高温分解ZnS、ZnSe、ZnTe这些化合物，让表层的化学键断裂后释放出单个硫族原子。 这些原子就像是活性小分子一样，能主动去填补材料里的空位，还能在不同元素之间来回跳动促进合金化。理论计算显示，单个原子的吸附能力很强，迁移的时候也更容易。实验验证也很给力：他们做出了缺陷密度只有2×10¹² cm⁻²的MoS₂单晶，光致发光的PL旋光极化率达到了92%，和机械剥离出来的样品差不多。载流子迁移率也有42 cm²V⁻¹s⁻¹，开关比突破了10⁸。更厉害的是他们做出了两英寸大的晶圆级单层MoS₂，整个片子都很均匀。 在这个基础上，团队还利用单原子的高反应活性合成了MoS₂(1-x-y)Se₂xTe₂y四元合金。这种“四元混血”的材料在XRD和STEM显微镜下都显示出了均匀的合金相分布，没有多余的相析出。这个成果不光拓宽了TMDs合金的设计范围，还给高熵二维材料的研究指了条路。 现在这个新方法已经用到了大面积的WSe₂、WS₂和多元合金上了。未来结合原子层沉积和微纳加工技术，直接就能做出高性能的逻辑电路、光电探测器和谷电子学器件，把实验室里的那些极致性能真正应用到产业里去。 这次研究得到了广东省基础与应用基础研究重大项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金还有一些平台的支持。论文的第一作者还有左勇刚和刘灿，通讯作者有刘开辉、丁峰、白雪冬还有刘灿。