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由層狀過渡金屬二硫族化合物（TMDs）組成的異質結構和超晶格以其優于單個元件的突出特性而聞名，為多功能電子器件的發展提供了重要前景。

然而，這些結構的傳統制備技術依賴于逐層人工構建，并因其復雜性和低效率而受到阻礙。

2024年12月4日，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心曾長淦教授、張匯研究員、崔萍教授在國際知名期刊Nature Communications發表題為《Self-assembly of 1T/1H superlattices in transition metal dichalcogenides》的研究論文，博士生羅超杰、特任副研究員曹國花博士和博士生王碑林為論文共同第一作者，曾長淦教授、張匯研究員、崔萍教授為論文共同通訊作者。

曾長淦，中科大合肥微尺度物質科學國家研究中心教授。1997年、2002年獲得中國科學技術大學學士和博士學位，2001-2002年擔任德國明斯特大學物理系RA，2002-2007年在美國田納西大學從事博士后研究，2007年加入中科大擔任教授。

曾長淦教授的研究興趣為低維量子結構和量子效應。

張匯，中科大合肥微尺度物質科學國家研究中心研究員。2007年本科畢業于安徽大學；2012年獲得中科大合肥微尺度物質科學國家實驗室博士學位，并留校擔任助理研究員；2013-2017年在加拿大滑鐵盧大學從事博士后研究；2017年加入中科大合肥微尺度物質科學國家研究中心。

張匯研究員目前的研究方向為1.原子尺度下低維材料的掃描隧道顯微學研究；2.磁性拓撲絕緣體的自旋輸運和拓撲超導體的約瑟夫森效應研究；3.新型二維材料的開發；4.高真空互聯系統開發。

崔萍，中科大合肥微尺度物質科學國家研究中心教授。2000年、2001年獲得中科大的學士和碩士學位，2006年在香港科技大學獲得博士學位；2007年加入中科大合肥微尺度物質科學國家研究中心，期間曾在美國田納西大學作訪問學者，2018年晉升為特任教授。

崔萍教授主要研究方向為低維能源與信息材料的理論設計、計算模擬及物性研究，并與實驗有效地互動性合作。主要圍繞二維層狀材料體系，運用基于第一性原理的多尺度模擬與計算，從非平衡生長機理、形貌控制到物性優化開展系統研究。

在本文中，作者以NbSe_2-xTe_x 1T/1H超晶格為例，介紹了一種通過自組裝自動合成TMD超晶格單晶的通用策略。該策略的核心原理是平衡T（八面體）相和H（三棱柱）相的形成能。

通過調整NbSe_2-_xTe_x中Te與Se的化學計量比，作者減少了T相和H相之間的形成能差異，從而使1T和1H層自組裝成1T/1H超晶格。由此產生的1T/1H超晶格保留了1T和1H層的電子特性。

研究人員通過用V或Ti原子取代NbSe₂中的Nb原子實現1T/1H超晶格，進一步驗證了該策略的普適性。

這種自組裝超晶格晶體合成方法可以擴展到其他層狀材料，為超晶格的高效制備和廣泛應用開辟新途徑。

圖1：NbSe₂_–xTe_x單晶的結構演變

圖2：1T/1H超晶格的結構和功函數

圖3：NbSe_2-_xTe_x的形成能、晶格參數和電子結構

圖4：通過替換過渡金屬原子實現的1T/1H超晶格

綜上，作者介紹了一種通過自組裝合成TMDs 1T/1H超晶格單晶的通用策略，通過精確調控NbSe_2-_xTe_x中Te與Se的化學計量比，平衡了1T（八面體）和1H（三棱柱）相的形成能，實現了1T和1H層的自組裝形成1T/1H超晶格。

該研究提供了一種高效、簡便的超晶格合成方法，這種方法不僅能夠擴展到其他層狀材料，而且對于開發具有新穎電子特性的多功能電子器件具有重要意義，為超晶格的電子結構和功能調控提供了新的途徑。

Luo, C., Cao, G., Wang, B.?et al.?Self-assembly of 1T/1H superlattices in transition metal dichalcogenides.?Nat. Commun., (2024).

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