菱形堆积的过渡金属二硫族化合物(3R-TMDs)表现出更高的载流子迁移率、滑动铁电性和相干增强的非线性光学响应。
然而，大型多层3R-TMD单晶的表面外延生长是困难的。
2024年7月5日，北京大学刘开辉、中科院物理研究所张广宇及
中国人民大学
刘灿共同通讯在
Science
在线发表题为“
Interfacial epitaxy of multilayer rhombohedral transition-metal dichalcogenide single crystals
”的研究论文，该研究
报告了一种界面外延方法，用于几种组合物的生长，包括二硫化钼(MoS
2
)，二硒化钼，二硫化钨，二硒化钨，二硫化铌，二硒化铌和亚硒化钼。
在单晶Ni衬底和生长层之间的界面上连续添加金属和硫原，确保了一致的3R堆叠顺序，并将厚度控制在几层到15000层之间。综合表征证实了这些薄膜的大规模均匀性、高结晶度和相纯度。生长的3R-MoS
2
在双层和三层的室温迁移率分别达到155和190平方厘米/伏特秒。在准相位匹配条件下，厚3R-MoS
2
的光学差频产生的非线性响应明显增强(比单层高5个数量级)。
另外，
2024年6月13日，北京大学
江颖、
王恩哥、
刘开辉、徐莉梅及香港城市大学曾晓成共同通讯（吴达
，
赵正朴
、
Bo Lin
、
宋易知
及
戚嘉杰
为共同一作
）在
Science
在线发表题为“
Probing structural superlubricity of two-dimensional water transport with atomic resolution
”的研究论文，
该研究使用基于qPlus的原子力显微镜直接成像石墨烯和六方氮化硼表面上二维水岛的原子结构和输运。
由于表面静电的不同，水岛的晶格与石墨烯表面不相称，而与氮化硼表面相称。石墨烯表面的面积归一化静摩擦随着岛面积的增加而减小(约-0.58)，表明石墨烯具有超润滑行为。相比之下，氮化硼的摩擦对面积不敏感。分子动力学模拟进一步表明，石墨烯上的水岛摩擦系数可以降低到<0.01。
总之，实验数据证实了石墨烯上水岛传输的无摩擦极限，并与分子动力学模拟一起证明了这种特性源于水-水和水-表面相互作用之间的微妙相互作用（
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）。
2024年6月6日，北京大学刘开辉、中国人民大学刘灿、中国科学院半导体研究所魏钟鸣及中国科学院深圳先进技术研究院丁峰共同通讯在
Science
在线发表题为“
WS
2
ribbon arrays with defined chirality and coherent polarity
”的研究论文，
该研究报道了通过原子制造策略合成具有明确手性和相干极性的单晶WS
2
带阵列。
WS
2
带的手性由底物耦合为可调扶手型、之型和手性三种类型来定义，极性方向由带-前驱体界面能沿相干方向决定。单个扶手椅带状显示出强大的体光伏效应，进一步集成约1000条具有相干极性的排列带状可以实现光电流的放大（
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）。
2024年5月1日，中国科学院物理研究所白雪冬、王理、北京大学刘开辉、中国科学院深圳先进技术研究院丁峰及西湖大学郑小睿共同通讯（王理、戚嘉杰、魏文娅及吴梦奇为共同第一作者）在
Nature
在线发表题为“
Bevel-edge epitaxy of ferroelectric rhombohedral boron nitride single crystal
”的研究论文，
该研究报告了一种简单的方法，使用斜边外延来制备厘米大小的单晶rBN层，并在相邻的镍表面上精确地层间ABC堆叠。
该研究成功实现了在单晶镍基板上的精确制造，在斜面(110)处有台阶边缘的阶梯形(100)，同时引导BN层中一致的硼氮键取向，并通过每个斜面附近的成核来引导BN层的菱面体堆叠。该研究验证了BN层的纯菱形相，并在高居里温度下表现出坚固、均匀和可切换的铁电性。
本研究为单晶二维层的精确堆叠控制生长提供了有效途径，并为基于堆叠二维材料的多功能器件的应用奠定了基础（
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）。
