記者從中國(guó)科學(xué)院金屬研究所獲悉，沈陽材料科學(xué)國(guó)家研究中心先進(jìn)炭材料研究部在新型二維材料方面取得新進(jìn)展，制備出厘米級(jí)單層薄膜二維MoSi2N4材料。該研究成果日前在《科學(xué)》雜志在線刊發(fā)。

目前廣泛研究的二維層狀材料如石墨烯、氮化硼等，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新型二維層狀材料，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(shí)用價(jià)值。

2015年，中科院金屬所沈陽材料科學(xué)國(guó)家研究中心任文才、成會(huì)明團(tuán)隊(duì)發(fā)明了雙金屬基底化學(xué)氣相沉積(CVD)方法，制備出多種不同結(jié)構(gòu)的非層狀二維過渡金屬碳化物晶體，并發(fā)現(xiàn)了超薄Mo2C為二維超導(dǎo)體。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(zhǎng)，因此難以得到厚度均一的單層材料。

此次沈陽材料科學(xué)國(guó)家研究中心先進(jìn)炭材料研究部的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在CVD生長(zhǎng)非層狀二維氮化鉬的過程中，引入硅元素可以鈍化其表面懸鍵，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(jí)單層薄膜。單層MoSi2N4包含N-Si-N-Mo-N-Si-N共7個(gè)原子層，可以看成是由兩個(gè)Si-N層夾持單層MoN構(gòu)成。采用類似方法，研究團(tuán)隊(duì)還制備出了單層WSi2N4。

在此基礎(chǔ)上，該研究團(tuán)隊(duì)與中科院金屬所陳星秋研究組和孫東明研究組合作，發(fā)現(xiàn)了單層MoSi2N4具有半導(dǎo)體性質(zhì)和優(yōu)于MoS2的理論載流子遷移率，表現(xiàn)出優(yōu)于MoS2等單層半導(dǎo)體材料的力學(xué)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，并通過理論計(jì)算預(yù)測(cè)出了10多種與單層MoSi2N4具有相同結(jié)構(gòu)的二維層狀材料，包含不同帶隙的半導(dǎo)體、金屬和磁性半金屬等。

該研究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，也開辟了制備全新二維層狀材料的研究方向。

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