2004 年，英国曼彻斯特大学的两位教授安德烈 · 海姆（Andre K. Geim）和康斯坦丁 · 诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov），初次经过胶带剥离的办法，从高定向热解的石墨中制备出单层石墨烯资料，证明二维资料能够在自然界安稳存在，并提醒了石墨烯的一些一同性质。

　　凭仗上述作业他们获得了 2010 年诺贝尔物理学奖。之后，全世界范围内掀起了研讨二维资料的热潮。十多年来，科学家们连续带来了各种新惊喜。闻名石墨烯专家、北京大学刘忠范院士也曾提出 制备决议未来 的观念。

　　不过，二维资料的许多高端运用，必须得根据高质量的薄膜资料。因而，在曩昔十几年里，单晶二维资料的制备一直是该范畴的重要研讨方向之一。

　　一般来说，完成二维单晶成长有两种办法：1，单核长大，即操控资料从一个核逐渐地长大，终究长成一个大的单晶；2，外延成长，在成长过程中会有许多的晶核构成，只需确保一切晶畴的取向是相同的，那么当这些晶畴相遇时，它们就能够拼接成单晶薄膜。

　　因为第二种制备办法效率高、适用性广、可控性强、与工业生产相容性更好，越来越多的人以为外延成长，将成为大尺度单晶薄膜的工业化制备计划。

　　可是在实践成长中，仍旧存在一个待处理的问题。在现在理论猜测的 1800 多种二维资猜中，超越 99.5% 的资料具有非中心对称的晶体结构。

　　因为这种结构的存在，大部分二维资料在衬底上的成长，并不是单一取向的，而是存在至少两个相差 180 ° 的取向。在适当长的一段时刻里，学界都在寻觅将两个方向合二为一的办法。

　　2019 年，北京大学刘开辉教授课题组初次提出，经过引进外表的原子级台阶能够打破这种对称性，借此完成了分米级非中心对称的氮化硼单晶薄膜的制备。

　　2021 年，同样是运用外表台阶，南京大学团队、以及北京大学团队别离独立报导了 2 英寸非中心反演对称的过渡金属硫族化合物薄膜的制备。至此，典型二维单晶资料的制备得以根本完成。

　　可是，现在这类资料的制备仍然十分困难，不只条件要求极高，并且此前不同试验室报导的效果存在较大的不一同性，在相同衬底上呈现了互不相同、乃至相互矛盾的效果。这说明，决议这类资料单一取向的最要害因素并没有被找到。

　　针对这一问题，华南师范大学徐小志教授和北京大学刘开辉教授、深圳理工大学丁峰教授展开了一项协作，并于近来研宣布操控晶畴成核时刻以及衬底外表台阶构成时刻的办法，借此完成非中心对称二维单晶过渡金属硫族化合物的通用制备，然后在低维单晶资料成长上取得了重要发展。

　　经过上述办法，他们在不同类型的衬底上完成了 MoS2 晶畴的单一取向成长，并证明该办法也能用于其它过渡金属硫族化合物的外延制备，比如 WS2、NbS2、MoSe2、WSe2 和 NbSe2 等。

　　理论核算效果显现，衬底上未成熟的台阶，能够极大促进晶畴在台阶边际邻近成核，也能促进二维晶畴的单一取向成长，并且这种成长不受台阶方向的影响。

　　此外，他们发现之前不同团队做同一试验、却呈现效果不一同的要害原因在于，外表台阶是否在成长过程中起到了操控效果。

　　打个比如，咱们常常见到的楼梯既有边际、也有脚踏的平面。假如资料是在台阶边际成核，因为上台阶和下台阶能量的不同，会导致资料都往一个方向成长；反之，假如台阶是在平面上成核的，那和没有台阶的抱负外表是相同的，就没有办法再起到调节效果了。

　　在早前的研讨中，有些成长条件刚好满意了资料在台阶边际成核，有些成核没有彻底在台阶边际发生，因而呈现了互不相同乃至是相互矛盾的成长效果。

　　找到原因之后，徐小志等人规划出多种试验计划，力求让资料的成核都发生在台阶边际。终究，他们找到一种经过时刻维度进行调控的办法，能够让资料成核刚好发生在外表台阶构成的过程中。

　　这时的台阶边际存在许多氧空位，化学活性较高。因而，资料愈加倾向于在这些方位成核，这样一来就处理了资料成核方位的问题。

　　一同，这种规划计划还能够确保绝大部分成核发生在台阶边际处，然后大大下降关于温度、气压、衬底品种、台阶方向、以及资料品种的要求。

　　归纳来说，本次作业提醒了在不同衬底上成长各种非中心对称二维单晶的通用机制，并为相关的潜在运用铺平了路途。

　　评定专家表明，本次作业为制备晶圆级二维单晶资料带来了巨大期望，增强了学界关于过渡金属硫族化合物单晶资料制备的机理了解、以及试验的可重复性，是业界一项重大发展。未来，有望在柔性显现、电子器材、光电子器材等范畴发挥效果。

　　郑培铭、魏文娅、梁智华和秦彪是一同一作，陈俊汀担任一同作者，深圳理工大学丁峰教授、北京大学刘开辉教授、以及华南师范大学徐小志教授担任一同通讯作者。

　　论文宣布之后，还被 Nature Communications 的修改选为热门文章进行引荐（Editor ’ s Highlight）。这是徐小志到华师建组之后辅导学生宣布的第一篇 Nature 子刊论文，能够顺畅宣布也给他注入了极大的决计。

　　而这篇论文的诞生，还要从徐小志课题组的上一篇论文说起。他说： 关于本次论文的开始效果，是在更早一篇论文的投稿过程中发生的。其时，咱们正在给上一篇论文补数据，学生告诉我在看到了风趣的试验现象。

　　在该类试验中，研讨人员在选用蓝宝石作为成长衬底时，一般都会提早把蓝宝石外表进行长时刻退火，以便来除掉外表杂质和缺点，这也是行业界的惯用流程。

　　可是学生告诉我，他偶尔发现同一个炉子里长的样品，别离运用退火后的衬底和直接买到的衬底时，有着十分大的差异。在原始衬底上成长时，能够看到取向一同的三角形。我知道这个效果后，立刻组织学生进行重复试验，看看是否是一种偶尔现象。徐小志说。

　　经过这名学生的屡次重复，课题组确认了这一试验效果的可靠性，也让徐小志意识到他们或许发现了一个有意思的试验效果。

　　之后，徐小志不断给学生添加试验难度，让他们在不同晶面的蓝宝石、氧化镁和氧化钛衬底上都逐一进行测验。之后，又经过和北京大学刘开辉教授课题组协作，将这种成长拓宽到多种二维资料，然后进步制备办法的通用性。

　　终究，徐小志团队又和深圳理工大学丁峰教授协作，针对其间的成长机制进行探究验证。 丁教师敏锐地提出了蓝宝石上氧空位的思路，并由咱们组的魏文娅博士进行第一性原理核算。终究，在试验和理论上得到了很好的相互验证。徐小志说。

　　虽然是因为偶尔发现的试验现象展开了本次研讨，可是徐小志最早关于相似课题的规划，要从他刚入职华师时说起。

　　其时，担任本次论文一同一作和一同作者的郑培铭和陈俊汀仍是本科生，彼时他们俩正在做毕业规划。

　　有一次，行将建立独立试验室的徐小志，和他们俩讲起了课题组规划，并提到了和本次效果相似的课题。

　　那天，徐小志在 PPT 里把石墨烯、氮化硼和二硫化钼几个大字放在一同，在石墨烯和氮化硼下面打上对号，而在二硫化钼大字下方则留下一个大大的问号。

　　据徐小志回想： 其时，我对他们说关于一个电子器材而言，绝缘体、导体和半导体资料都不能缺。二维资料假如想运用在半导体器材范畴里，那么道理也是相同的。现在咱们已经有了导体资料石墨烯单晶、绝缘体资料氮化硼单晶，可是半导体资料过渡金属硫族化合物资料的制备还没有被霸占，这既是应战也是时机。

　　关于这次说话，时至今日两位学生仍旧回忆深入。徐小志说： 也正是那次谈天坚决了他们读研的心志，也坚决了研讨金属硫族化合物资料的决计，他们俩后来也都成了我的学生。

　　在本次研讨中，这两位学生也都做出了要害奉献。提到这儿徐小志表明： 现在想想，培育学生的爱好真的十分重要，一个风趣的课题乃至会改动他们的职业选择和人生轨道。

　　而在制备出本次资料之后，徐小志计划进一步研讨资料功能的调控。他说： 试验室很快会到货一套扫描隧道显微镜体系，根据这个体系咱们期望能在原子尺度上，对资料的功能进行愈加精准的表征和调控，看看是否能发现更多有意思的物理现象。