操控不同的原子一个个堆叠起来,得到想要的材料,这一直以来可能都是化学家的终极梦想之一。2004年,单原子厚度石墨烯的发现为这样的梦想带来了希望。十多年以来,沿着这条道路,人们陆续找到了原子级厚度的金属,原子级厚度的半导体、绝缘体,原子级厚度的铁磁体和超导体……自此,人们可以突破定向掺杂、单晶外延等传统方法对材料种类的严重限制,而仅仅是将这些材料如同砌墙一样堆叠起来,就可以轻易获得一大批功能迥异的范德华异质结(Vander Waals Heterostructures)。在未来的集成电路、光电探测器、传感器等应用中,这些具有丰富功能的范德华异质结必将扮演重要的作用,帮助人们走向万物互联的时代。
一
范德华力支配的新世界
石墨烯的微观结构
二
“完美”的异质结
异质结界面(左)传统方法获得的异质结,界面应力、缺陷、原子渗透难以避免(右)范德华异质结,界面结构趋向完美。
三
万物皆可堆叠
不同形态的范德华异质结
以范德华集成的方式制造集成电路
11月15日
未来科学大奖高峰论坛
研讨会8:新分子制造
Session Chair 林建华
主题演讲1 - Van der Waals Heterostructures beyond 2D Materials
段镶锋
美国加利福尼亚大学洛杉矶分校终身教授
段镶锋于1997年在中国科技大学取得学士学位,并分别于1999年和2002年在美国哈佛大学取得硕士与博士学位。基于其博士论文成果,他于2002-2008年参与创建Nanosys 公司。2008年加入美国加州大学洛杉矶分校,现为该校终身教授。他的研究兴趣包括纳米材料的制备,组装及其在未来电子与能源器件中的应用。他近年来在二维材料及其异质结的可控合成,范德华集成,以及相关新型器件等方面取得了一系列开创性成果;同时在三维多孔石墨烯复合储能材料及纳米催化与电化学能源转化等方面也取得了突破性进展。段镶锋教授曾多次获得国际大奖,包括美国青年科学家总统奖;国际材料学会联合会-新加坡材料学会青年研究员奖,英国皇家化学会贝尔比奖章, 国际电化学会田昭武能源材料奖,和中国科学材料创新奖等。
Abstract:
The heterogeneous integration of dissimilar materials is a long pursuit of material science community and has defined the material foundation for modern electronics and optoelectronics. The typical material integration approaches usually involve strong chemical bonds and aggressive synthetic conditions and are typically limited to materials with strict structure match and processing compatibility. Alternatively, van der Waals integration, in which freestanding building blocks are physically assembled together through weak van der Waals interactions, offers a bond-free material integration strategy without lattice and processing limitations, as exemplified by the recent blossom of 2D van der Waals heterostructures. Here I will discuss the fundamental forces involved in van der Waals integration and generalize this approach for flexible integration of radically different materials to produce artificial heterostructures with minimum interfacial disorder and enable high-performing devices. Recent highlights include the formation of van der Waals metal/semiconductor junctions free of Fermi level pinning to reach the Schottky-Mott limit; the creation of a new class of high-order van der Waals superlattices with highly distinct constituent atomic or molecular layers; and the development of van der Waals thin film electronics with unprecedented flexibility and stretchability. I will conclude with a brief prospect on exploring such artificial heterostructures as a versatile material platform with electronic structure by design to unlock new physical limits and enable device concepts beyond the reach of the existing materials.
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