研究背景

硅之外的先进晶体管技术对新材料提出了非常严格的要求，新材料应结合最终的静电控制、足够的驱动电流和大面积均匀性。原子级薄的TMD有可能满足这些要求，并将摩尔定律扩展到2纳米节点之外。然而，由于依赖于层的电子性质，单层TMD有几个基本的限制。(1)本征迁移率(受声子散射限制)和状态密度低于多层配对物。实际上，单层中的迁移率会因远程光学声子和外部杂质而严重降低。(2)约2 eV的带隙导致肖特基势垒高度和接触电阻较大，最终限制了超大规模FET的电流驱动能力。金属诱导能隙态导致的费米能级钉扎进一步增加了单层TMDS中的肖特基势垒高度。

另一方面，量子传输模拟一直表明，双层TMDs是平衡亚纳米节点性能和功耗的最佳选择。在实验上，虽然对双层TMD装置(基于分离的薄片)的初步研究显示了有希望的性能，但是大面积均匀双层膜的生长被证明是非常具有挑战性的。以前使用化学气相沉积(CVD)的尝试只能生长孤立的双层薄片，对产量、取向和均匀性的控制有限。另一种策略是一层一层堆叠单层，但它缺乏精确的方向控制和大面积的清洁界面。使用动力学控制的生长过程，金属有机CVD能够通过逐层外延产生几层TMD膜和异质结构，但生长速率比CVD低几个数量级，这限制了它们的实际应用。迄今为止，具有大面积均匀性和电子性能明显优势的精确层控TMD外延还没有被证实。

第一篇《Nature》

二维过渡金属二硫族化合物(TMD)是超硅电子领域的研究热点。有人认为，双层TMD结合了良好的静电控制、比单层更小的带隙和更高的迁移率，有可能改善晶体管的能量延迟积。然而，尽管单层TMDS的生长有所进步，多层的受控外延生长仍然是一个挑战。

近日，南京大学电子科学与工程学院王欣然教授、李涛涛，东南大学马亮、王金兰等研究人员报道了双层二硫化钼(MoS₂)在c面蓝宝石上的均匀成核(>99%)。特别是，作者设计了c面蓝宝石上的原子平台高度，以实现边缘成核机制和MoS₂畴合并成连续的厘米级薄膜。与基于单层薄膜的场效应晶体管(FET)相比，基于双层MoS₂沟道制造的FET器件在迁移率(高达122.6 cm² v^-1 s^-1)和变化方面都有显著提高。此外，短沟道FET的开态电流为1.27 mA μm^-1，超过了高性能FET的2028年路线图目标。

相关研究工作以“Uniform nucleation and epitaxy of bilayer molybdenum disulfide on sapphire”为题发表在国际顶级期刊《Nature》上。  

 图1. c面蓝宝石上双层MoS₂的台阶形核

第二篇《Nature》

扭曲双层石墨烯(tBLG)中的莫尔超晶格显著改变了其组成结构的电子属性，预计这些结构将支持新出现的集体电磁振荡。在小扭转角下，超晶格具有高达几十纳米的周期。与纳米成像相反，研究等离子体振子的另一种方法是通过测量等离子体振子的远场光谱散射属性。在这些谐振器中，tBLG被图案化为介观尺度结构，其中这些结构的边缘是表面等离子体的发射点，其光谱谐振由其特征的尺寸定义。

调整几何尺寸(大约80-240纳米)并通过傅里叶变换红外(FTIR)光谱研究它们的红外消光，可以对这些等离子体模式进行系统表征。这种方法提供了不受激光源可用性限制的大红外光谱窗口。对远场散射相位的探测也可以证明对于莫尔等离子体中的手征电磁响应的研究是有用的。进行这种勘探的一个关键挑战在于获得大面积、高质量的tBLG样品。迄今为止，小角度tBLG样品主要是通过“撕裂和堆叠”转移工艺获得的，该工艺主要集中在优化用于电子输运研究的小面积有序莫尔超晶格。

莫尔超晶格已经导致了在小旋转角扭曲双层石墨烯(tBLG)中观察到奇异的电子性质，例如超导性和强关联态。最近，这些发现激发了人们对莫尔等离子体新特性的探索。虽然近场纳米成像技术已经研究了tBLG基面中的等离子体传播，但是这些等离子体的一般电磁特征和性质仍然难以捉摸。

近日，南京大学王肖沐、施毅教授和电子科技大学李雪松等研究人员合作报道了在具有高度有序莫尔超晶格的宏观tBLG中直接观察到的两种新的等离子体激元模式。使用tBLG的螺旋结构纳米带，作者识别了由于光泵浦下电子气的未补偿Berry通量而产生的手征等离子体的特征。这些手征等离子体激元的显著特征通过它们对光泵浦强度和电子填充的依赖，结合与最大Berry通量的光谱窗口一致的明显共振分裂和法拉第旋转来显示。此外，作者还发现了一个0.4电子伏左右的慢等离子体模，它来源于晶格弛豫AB堆积畴中嵌套子带之间的带间跃迁。这种模式可能会在备受追捧的中波红外光谱窗口中开启强光与物质相互作用的机会。这项结果揭示了小角度tBLG的新的电磁动力学，并证明了它是一个独特的量子光学平台。

相关研究工作以“Observation of chiral and slow plasmons in twisted bilayer graphene”为题发表在国际顶级期刊《Nature》上。

原文文献：

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一天发表两篇Nature，太强了，祝贺南京大学！

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