【引言】
近年來，維平二維（2D）材料由于其獨特的面量性能和良好的應用前景而引起了研究人員的廣泛關注，其出現引發了對新型異質結的阱超晶格研究。最近科研人員已經獲得高質量的位動生二維多重異質結及超晶格等功能化結構，然而受限于目前的錯驅長材微納加工和生長技術，所制備的料牛圖案化人工超結構尺度仍然較大，構筑寬度小于5納米的維平具有顯著量子特性的功能化二維超晶格結構仍然是一個挑戰。
【成果簡介】
?近日，面量中國科學院大學物理科學學院及中國科學院拓撲量子計算卓越創新中心的阱超晶格周武研究員、張余洋副教授等與多個課題組合作，位動生利用了2D平面側向異質結中兩種半導體材料之間的錯驅長材界面失配位錯驅動二維量子阱的生長，構筑了半導體單層內高質量的料牛寬度小于2納米的量子阱以及量子阱超晶格。同時結合原子分辨的維平電鏡結構表征和理論計算，揭示了此類新型二維量子阱超晶格的面量生長機制。該研究為制備高質量二維超晶格結構提供了新的阱超晶格思路。該研究發表于Science Advances，題為“Dislocation-driven growth of two-dimensional lateral quantum-well superlattices”。
?【圖文導讀】
圖1. 嵌入單層WSe2晶格內的WS2量子阱結構和應變分析
（A）寬度為1.2nm的WS2量子阱的原子分辨率STEM-ADF圖像。黃色虛線突出顯示了WS2量子阱和WSe2晶格之間的共格界面。 六邊形強調格子的方向。
（B和C）與（A）中同區域的能譜成像分析分別顯示了WS2和WSe2的空間分布。
（D和E）為WS2量子阱的高分辨率STEM-ADF圖像以及相應的原子結構模型。
（F到H）整個65 nm長的WS2量子阱的STEM-ADF以及量子阱周圍相應的應變分布。
（I和J）為STEM-ADF圖像，顯示了（F）中WS2量子阱頂端的位錯核的原子排列和相應的原子模型。
圖2. 在WSe2/WS2平面側向界面處的周期性位錯陣列的形成和WS2量子阱的位錯驅動生長
（A）圖顯示（I）周期性位錯陣列的形成，（II）WS2量子阱的位錯驅動生長，和（III）WSe2/ WS2側向異質結中2D量子阱超晶格的形成。
（B）未形成WS2量子阱的WSe2/ WS2側向界面的STEM-ADF圖像。外延界面由黃色虛線突出顯示。
（C）相應的應變分布，疊加在ADF圖像上，顯示在異質界面處形成周期性位錯陣列。
（D）WSe2/ WS2側向界面的STEM-ADF圖像與WS2量子阱的形成。 WS2量子阱顯示為具有相同寬度的暗條紋。
（E）對應的應變圖，疊加在ADF圖像上，顯示在每個WS2量子阱的頂端存在位錯核。
圖3.WSe2中WS2量子阱的生長機制
（A）由于晶格失配而在WS2/WSe2界面處的5|7位錯的原子模型，
（B）位錯通過插入W原子和S2對發送攀移進入WSe2，
（C）用S取代位于5|7位錯五角形處的Se原子，
（D）隨后在5|7位錯旁以S取代了Se原子，產生了一個四單胞寬度的WS2納米種晶。
（E）不同水平的壓縮應變下SSe取代的能壘。
（F）基于（B）中原子模型的鍵長分析的應變圖。綠色虛線表示WS2/WSe2界面。
（G）結構模型顯示在重復插入-置換過程六次后四個單胞寬和六個單胞長的WS2帶。
圖4. 生長具有原子級銳利側向邊界的二維量子阱超晶格。
（A）用HSE06泛函計算的WSe2/ WS2超晶格的原子結構模型和能帶排列。價帶頂（VBM）和導帶底（CBM）分別用黑線和紅線表示。 黃色為S，紫色為Se;
（B）低倍放大的STEM-ADF圖像，顯示了MoSe2單層中沿量子阱超晶格形成方向的長達幾百納米的平行MoS2量子阱。
?【小結】
量子阱陣列在WSe2/WS2和MoSe2/MoS2側向異質結中的成功生長表明，這種位錯驅動的生長機制應該適用于更廣泛的2D單層與晶格失配組合，因為它們的結構具有相似性。因而“該方法很可能被廣泛推廣到其他過渡金屬硫族化合物中，為調控二維平面異質結從而獲取新穎電子和光學特性提供了新的機遇。”
文獻鏈接： Dislocation-driven growth of two-dimensional lateral quantum-well superlattices (Science Advances 2018, DOI: 10.1126/sciadv.aap9096)
課題組簡介請參照周老師主頁：http://people.ucas.ac.cn/~wuzhou
本文由材料人計算材料組Annay供稿，材料牛整理編輯。
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