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摘要：研究小组开发出一种新方法，通过将液-液相分离所形成的液滴施加到二维材料——过渡金属二硫化物（TMDC）的单层材料上，可使二维材料发生折叠，有望发展成为一种可大量制造有望展现出新颖物理特性的扭曲双层莫尔条纹的方法。

关键词：二维半导体、液滴、半导体折叠、莫尔条纹、堆叠角

要点

一种利用液-液相分离所形成的液滴运动作为驱动力的二维半导体的折叠方法。
与传统的机械方法不同，这是一种利用液滴表面张力的二维材料的新型形变方法。
该方法有望发展成为一种可大量制造有望展现出新颖物理特性的扭曲双层莫尔条纹的方法。

利用液滴实现单层二维半导体折叠的示意图

概要

研究小组开发出一种新方法，通过将液-液相分离所形成的液滴施加到二维材料——过渡金属二硫化物（TMDC）的单层材料上，可使二维材料发生折叠（图1）。

TMDC作为一种厚度仅为三个原子的超薄二维材料备受关注，全球范围内正在广泛开展相关研究，包括探究其薄层结构所引发的物理现象等。当将两片TMDC错开堆叠成两层时，上下两层TMDC之间会产生空间周期性位移，从而形成周期长度远大于晶格常数的莫尔条纹。能够制造出这种特殊结构正是TMDC的一大魅力所在。在这种莫尔条纹中，材料内部的电子态会随新形成的周期性结构发生显著变化，展现出单层TMDC所不具备的独特性质。这一点也吸引了众多研究者的目光。然而，在以往的大多数研究实例中，常用的方法是机械地将每一层逐一堆叠起来，以形成双层结构。

本研究通过利用液滴的方法，制造出具有双层结构的TMDC，同时确认了莫尔条纹的形成。尤其是由于该方法采用了溶液，因此可同时且大量地制造出莫尔条纹。

图1：利用液滴折叠单层二维半导体，大量地形成扭曲层叠结构

上图：折叠处理的示意图、以及折叠处理所用有机分子三苯基膦（PPh₃）的结构式；左下图：确认到溶液干燥过程中液滴形成的光学显微镜图像；中下图：折叠前后的单层二硫化钼（MoS2），可确认到折叠双层结构的大量形成；右下图：折叠双层MoS2的透射电子显微镜（TEM）图像，可确认到扭曲层叠结构中常见的莫尔条纹。

研究背景

莫尔条纹是一种常见的结构，样貌接近拍摄由周期性光点构成的显示器时的照片、或蕾丝窗帘层叠处出现的长周期图案。当将两种具有周期性的结晶性物质相互堆叠时，在原子尺度上也会出现莫尔条纹。将本研究的研究对象——二维材料进行双层堆叠时，也会因晶体结构周期结构之间产生空间周期性起伏，从而形成莫尔条纹。众所周知，这种莫尔条纹会凭借新形成的周期结构，大幅改变材料内部的电子态。此外，有研究指出，在具有特定重叠角（堆叠角）的扭曲双层结构中会出现超导现象，这使其成为一个非常热门的话题。然而，现有的双层结构制造方法需要将单层二维材料机械地逐一堆叠，存在制备工艺繁琐且效率低下的问题。针对这一制造工艺，研究小组开发出一种利用化学溶液的简便方法。

研究内容

本研究小组开发出一种简便方法，通过溶液处理，将预先放置在基底上的大量单层二维材料一次性折叠，可轻松地制造出大量具有莫尔条纹的扭曲双层结构。作为一种可对具有极致薄度的二维材料进行折叠的方法，本研究聚焦于液滴的表面张力，阐明了以二维材料表面上的液滴凝聚运动为驱动力，可实现材料的折叠。在生成液滴时，研究小组利用了液-液相分离现象，这也是近年来在生物化学领域备受关注的现象。

本研究在由疏水性有机分子三苯基膦（Triphenylphosphine；PPh₃）、低级醇2-丙醇与水按特定比例混合而成的混合溶液中，将被认为是该类现象之一的乌佐效应（Ouzo effect）予以显现。具体而言，研究发现，在上述溶液的干燥过程中，会突然形成微米级大小的液滴，并证实了这种尺寸的液滴对折叠方法十分有效。

研究小组利用透射电子显微镜（TEM）对所形成的折叠结构进行了观察，结果证实，形成了依赖于堆叠角的莫尔条纹。控制堆叠角对于控制莫尔条纹至关重要，研究发现，通过控制折叠处理前单层样品的形状，能够以一定概率使二维材料沿预期方向折叠，这表明堆叠角具有一定的可控性（图2）。

图2：通过控制二维材料形状来控制折叠方向

上图:通过控制形状控制折叠方向的示意图，通过将二维材料塑造成长方形，可以控制吸附在其表面的液滴的凝聚方向，从而使材料沿特定方向发生折叠；下图:实际实验中，显示了形状可控的单层MoS2上液滴的凝聚运动以及折叠发生方向的光学显微镜图像，观察到液滴沿长方形长轴方向发生凝聚，并沿短轴方向折叠。

研究意义

本研究提出了一种利用可简便且大面积处理的溶液、大量制造双层结构的方法，与以往需要逐个机械制造的方法截然不同。此外，研究小组还证实了对双层结构堆叠角进行控制的可行性。通过实现这种方向控制，可作为一种简便高效地制造具有特殊物理特性（例如超导性）的材料的方法。

https://www.c.u-tokyo.ac.jp/info/news/topics/20260305010000.html

https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(26)00021-4

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利用液滴折叠二维半导体：通过液-液相分离，利用液滴大规模形成扭曲双层结构