二維材料及其范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的高壓響應(yīng)研究進展

裴勝海，鄧晴陽，王曾暉，夏 娟

（電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院，四川 成都 610054）

自2004年Novoselov 等[1]從單晶石墨中剝離出原子級厚度的石墨烯，并成功制備石墨烯場效應(yīng)晶體管以來，二維材料便逐漸得到了廣泛關(guān)注和快速發(fā)展。二維材料獨特的層間范德瓦爾斯相互作用，使得其電子在層間方向上的自由度受到限制而表現(xiàn)出強的量子限域效應(yīng)，從而具有一系列不同于傳統(tǒng)三維體相材料的結(jié)構(gòu)、力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)特性[2–4]，如原子級厚度、柔性可折疊、高遷移率、高開關(guān)比，以及近年來發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)現(xiàn)象[5]、谷自旋效應(yīng)[6]、量子霍爾效應(yīng)[7]、二維激子[4]等新穎的物理現(xiàn)象。二維材料已經(jīng)成為研究低維半導(dǎo)體物理、谷自旋電子學(xué)、室溫超導(dǎo)等的重要材料，同時為突破目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中電子器件特征尺寸的瓶頸，以及研發(fā)量子邏輯器件、激子器件等下一代電子功能器件提供了新的思路[8]。特別地，在層間范德瓦爾斯相互作用下，將不同的二維材料堆疊在一起，所形成的范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)往往會展現(xiàn)出與原來單一材料截然不同的物理特性。例如，二維異質(zhì)結(jié)中，每層材料同時可視為體相和界面，因此在層間耦合的作用下很容易實現(xiàn)層間電荷的轉(zhuǎn)移，從而帶來獨特的層間激子效應(yīng)、霍夫施塔特蝴蝶效應(yīng)[9]以及豐富的能帶匹配類型等特點[4,10]，在未來信息器件、太陽能電池、光電器件等方面極具潛力。

除了以上獨特而豐富的物理特性，二維材料特性和器件性能還具有受外場敏感調(diào)制的特點，增加了其在未來電子、光電器件等領(lǐng)域應(yīng)用的潛力[11–13]。在多樣化的外場調(diào)控手段中，壓強工程是一種相對較新但非常重要的結(jié)構(gòu)和物性調(diào)控手段，不僅可與原位X 射線衍射（X-raydiffraction，XRD）、光學(xué)、電學(xué)研究相結(jié)合，而且具有高效、連續(xù)、可逆等優(yōu)點[14–17]。因此，壓強工程能夠?qū)ΧS材料獨特的疊層結(jié)構(gòu)進行層間間距的高效壓縮及對層間范德瓦爾斯作用的大幅調(diào)控，從而進一步實現(xiàn)對二維材料特性及器件性能的敏感調(diào)制。綜上所述，研究二維材料對壓強的響應(yīng)及其在高壓下新穎的二維凝聚態(tài)物理現(xiàn)象，對于深入理解層間耦合作用對材料性能的影響、探索二維器件性能的優(yōu)化途徑、研發(fā)適用于深海深地等極端壓強環(huán)境下的傳感器和微地震傳感器等新一代電子功能器件，具有重要的科學(xué)價值。

基于二維材料及其范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的巨大潛力，以及研究壓強調(diào)控下材料性能響應(yīng)的科學(xué)性和重要性，本文總結(jié)了近年來利用壓強工程對石墨烯、黑磷、六方氮化硼（h-BN）和過渡金屬二硫族化物（Transition metaldichalcogenides，TMDs）4種主要二維材料及其異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)、電學(xué)、聲子動力學(xué)、光學(xué)等方面調(diào)控的最新研究，并展望了高壓調(diào)控下這些二維材料及異質(zhì)結(jié)體系在未來新型電子功能器件應(yīng)用中的前景。

1 二維半金屬中的高壓響應(yīng)——石墨烯

石墨烯是由sp2雜化連接六角排列的碳原子組成的二維層狀材料，具有優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)及光學(xué)等性能。具體而言，懸空的石墨烯在室溫下的遷移率可達2×104cm2/(V·s)，電荷載流子濃度被連續(xù)調(diào)制最高可達1012cm?2，現(xiàn)已成為超高速電子器件研究的重要材料[18–19]；其導(dǎo)熱系數(shù)高達5000 W/(m·K)，有利于提高納米器件的傳輸和散熱性能，因而被廣泛應(yīng)用于制作電極材料和溝道材料；由于其層內(nèi)碳-碳（C―C）鍵共價連接而具有很高的楊氏模量和斷裂強度[20]，因此被廣泛應(yīng)用于制備柔性器件和柔性電極；石墨烯具有很寬的光響應(yīng)波長范圍，是制備高性能太赫茲光電探測器的理想材料[21]；此外，石墨烯還展現(xiàn)出非常規(guī)超導(dǎo)現(xiàn)象[5]、量子霍爾效應(yīng)[7]等，是研究非常規(guī)超導(dǎo)現(xiàn)象及制作量子邏輯器件的重要材料。近年來，石墨烯在高壓下的相關(guān)研究也得到了國內(nèi)外學(xué)者的重視，主要集中在結(jié)構(gòu)相變、禁帶調(diào)控、摻雜效應(yīng)3個方面。

1.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)相變

壓強工程在對石墨烯的層間距離進行高效壓縮的同時，也可在某一特定壓強下誘導(dǎo)層間發(fā)生范德瓦爾斯作用向共價鍵的轉(zhuǎn)變（圖1(a)），致使其相關(guān)物理特性發(fā)生大幅改變。早在2013年，Clark 等[22]就利用金剛石對頂砧（Diamond anvilcell，DAC）結(jié)合拉曼光譜對薄層石墨烯在高壓下的結(jié)構(gòu)變化進行了研究。拉曼數(shù)據(jù)表明，從常壓到50GPa，石墨烯的C―C 鍵一直為sp2雜化，且并未發(fā)生結(jié)構(gòu)相變（圖1(b)），僅在16GPa 附近出現(xiàn)了G 峰頻率隨壓強變化的不連續(xù)現(xiàn)象（石墨烯的長程有序性受到破壞），且卸壓后的拉曼光譜與加壓前一致，展現(xiàn)了石墨烯在高壓調(diào)控下的高可恢復(fù)性和高穩(wěn)定性。隨后，實驗陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，石墨烯納米片在15GPa 左右的壓強下發(fā)生C―C鍵的sp2-sp3轉(zhuǎn)變并相變?yōu)殂@石烯[23]，雙層石墨烯在高壓下與羥基發(fā)生反應(yīng)形成新結(jié)構(gòu)從而導(dǎo)致sp2-sp3轉(zhuǎn)變[24]。進一步，Ke等[25]研究了不同層數(shù)的石墨烯形成鉆石烯所需要的壓強，發(fā)現(xiàn)對于3 層及以上的石墨烯，層數(shù)越多，所需的轉(zhuǎn)變壓強越?。▓D1(a)）。由此可見，高壓下的結(jié)構(gòu)相變與石墨烯的層數(shù)和尺寸密切相關(guān)，這可能是先前Clark 等未發(fā)現(xiàn)石墨烯的壓強誘導(dǎo)相變的原因。除了利用DAC提供靜水壓之外，利用原子力顯微鏡（Atomicforcemicroscope，AFM）的探針也可對雙層石墨烯施加壓強，并誘導(dǎo)其發(fā)生C―C鍵的sp2-sp3轉(zhuǎn)變[26]。以上研究結(jié)果均表明石墨烯的高壓相變與層間相互作用的轉(zhuǎn)變存在著密切的對應(yīng)關(guān)系。

1.2 石墨烯的禁帶調(diào)控

盡管石墨烯具有一系列優(yōu)異的物理特性，然而其零禁帶的特點限制了其在電子器件中的廣泛應(yīng)用，因此人們探索利用電場、磁場、摻雜、堆垛等手段打開石墨烯禁帶，從而促進基于石墨烯的碳基半導(dǎo)體器件通向?qū)嶋H應(yīng)用。如前所述，高壓調(diào)控工程能夠誘導(dǎo)石墨烯發(fā)生sp2-sp3結(jié)構(gòu)相變，在相變的同時也伴隨著電學(xué)性能的大幅改變。理論研究中，Munoz 等[27]采用第一性原理計算研究了雙層石墨烯在高壓下的電子能帶結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明高壓導(dǎo)致雙層石墨烯中布里淵區(qū)T點的狄拉克錐的能量退簡并，從而打破狄拉克錐的電子-空穴對稱性，且雙層石墨烯的霍爾電導(dǎo)率對壓強非常敏感，這種高靈敏度使得該材料體系在探測極小壓強變化的傳感器件中具有潛力。實驗方面，Ke等[11]研究了3層石墨烯在壓強調(diào)控下發(fā)生sp2-sp3轉(zhuǎn)變并從半金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體的電學(xué)輸運特性（圖1(c)），結(jié)果表明高壓能夠?qū)⑹┑慕麕Т蜷_至(2.5±0.3)eV，并且該高壓下半金屬-半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡孢^程，這也是目前在打開石墨烯禁帶研究中實現(xiàn)的最大禁帶寬度，拓展了石墨烯在電子器件中的應(yīng)用范圍。

1.3 石墨烯的摻雜效應(yīng)

在利用高壓對石墨烯的結(jié)構(gòu)進行調(diào)控的過程中，還會產(chǎn)生摻雜效應(yīng)。Nicolle等[28]研究了高壓下傳壓介質(zhì)對不同層數(shù)的石墨烯載流子濃度的調(diào)制現(xiàn)象。實驗發(fā)現(xiàn)，高壓下甲乙醇混合液與SiO2襯底形成的硅烷醇基（Si-O-H）對石墨烯造成了n 型摻雜效應(yīng)，在7 GPa 時電子濃度達到最高，為6×1013cm?2（圖1(d)）。此外，1.1°堆疊的雙層石墨烯（魔角石墨烯）中的超導(dǎo)現(xiàn)象（1.7 K）[5]不僅促進了非常規(guī)超導(dǎo)現(xiàn)象的研究，也推動了不同堆垛角度的石墨烯的高壓響應(yīng)研究。理論方面，Carr 等[29]通過第一性原理計算研究了高壓對石墨烯中扭轉(zhuǎn)角度和層間作用的影響，結(jié)果表明高壓能夠有效增強層間耦合及電子關(guān)聯(lián)強度，從而提升雙層石墨烯的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。實驗方面，Yankowitz 等[30]通過施加靜水壓來改變魔角石墨烯的層間耦合作用，實現(xiàn)了對其非常規(guī)超導(dǎo)特性的高效調(diào)控（圖1(e)）。

圖1 石墨烯在高壓下的結(jié)構(gòu)和電學(xué)響應(yīng)：(a)DAC壓強工程示意圖及高壓誘導(dǎo)下石墨烯轉(zhuǎn)變?yōu)閔-金剛石結(jié)構(gòu)的示意圖[25]；(b)通過高壓原位拉曼光譜研究少層石墨烯在常壓到51.7 GPa 壓強范圍的結(jié)構(gòu)響應(yīng)[22]；(c)3層石墨烯在室溫下的電阻率-壓強曲線[11]；(d)不同層數(shù)的石墨烯G 拉曼峰隨壓強變化的線性頻移系數(shù)（? ωG/?p），其中紅方塊、藍圓點和綠三角分別表示傳壓介質(zhì)為醇、氬氣和氮氣[28]；(e)雙層1.27°轉(zhuǎn)角石墨烯在常壓下是金屬態(tài)，高壓下轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)的現(xiàn)象[30]Fig.1 Pressure engineering in Graphene:(a)illustration of DAChigh-pressuresetup and pressure induced phase transition process from trilayer graphene to h-diamond structure[25];(b)evolution of Raman spectrum in few-layer graphene,from ambient pressure to 51.7 GPa,showing reversible shift during pressurization and depressurization[22];(c)resistance vs. pressure of trilayer graphene measured at room temperature[11];(d)linear pressurecoefficients (? ωG/?p)of graphene G peak (frequency)obtained in alcohol (red squares),argon (blue circles),and nitrogen (green triangle)asa function of thickness[28];(e)pressure induced superconductivity in 1.27° twisted bilayer graphene[30]

2 二維窄禁帶半導(dǎo)體中的高壓響應(yīng)——黑磷

作為一種新的單元素二維半導(dǎo)體，黑磷因其一系列優(yōu)異的物理特性受到了廣泛關(guān)注。作為形態(tài)最穩(wěn)定的磷的同素異形體之一，黑磷具有與石墨烯類似的二維層狀結(jié)構(gòu)，然而由于其同一層內(nèi)的磷原子排布呈蜂窩狀的褶皺結(jié)構(gòu)，從而具有很強的面內(nèi)各向異性。此外，黑磷還具有高載流子遷移率（最高可達4000 cm2/(V·s)）[31]，隨層數(shù)可調(diào)的窄禁帶直接帶隙的能帶結(jié)構(gòu)（體相黑磷的帶隙為0.3 eV，單層黑磷的帶隙約2.0 eV）[32]，以及從可見光到近紅外光的寬吸收光譜范圍等特點，是研究量子振蕩以及研發(fā)原子級厚度的調(diào)制器、偏振器和離子器件等各類新型器件的重要材料，在光電器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[33]。目前，對黑磷的高壓研究主要集中在探索其聲子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)隨壓強變化兩個方向。

2.1 黑磷的聲子結(jié)構(gòu)

2.2 黑磷的電子結(jié)構(gòu)

利用電場或摻雜等方式可以使黑磷轉(zhuǎn)變?yōu)橥負浣^緣體，相比之下，高壓是一種更高效的方法。目前大量的實驗和理論計算證明了高壓能夠誘導(dǎo)黑磷發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和電子拓撲相變（圖2(b)），因此高壓是一種有效改變黑磷電子能帶結(jié)構(gòu)的方法。實驗發(fā)現(xiàn)，體相黑磷在1.2 GPa 左右的壓強下發(fā)生電子拓撲相變并轉(zhuǎn)變?yōu)榘虢饘傧郲37]，并且體相黑磷中的這種拓撲相變也在計算中陸續(xù)得到了證實[38]。與體相黑磷不同，少層黑磷在高壓誘導(dǎo)下轉(zhuǎn)變?yōu)槎S拓撲狄拉克半金屬態(tài)，且不同層數(shù)的黑磷具有不同的拓撲相變壓強臨界點（圖2(c)）[39]。進一步，Gupta 等[34]通過第一性原理計算發(fā)現(xiàn)，體相黑磷的價帶和導(dǎo)帶在1.2 GPa 左右發(fā)生反轉(zhuǎn)現(xiàn)象，并結(jié)合原位拉曼光譜在實驗上證實了黑磷在1.1 GPa 左右發(fā)生從半導(dǎo)體到拓撲半金屬相的轉(zhuǎn)變（圖2(b)）。此外，黑磷在高壓誘導(dǎo)下發(fā)生相變的同時伴隨著載流子濃度增加[40]以及磁阻增大[41]等現(xiàn)象也通過實驗陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)和報道。高壓下黑磷的金屬化轉(zhuǎn)變和超導(dǎo)相變也逐漸在理論和實驗中得到證實[42–45]，早在2002年，人們就發(fā)現(xiàn)體相黑磷在32 GPa 的壓強下發(fā)生超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，并且其轉(zhuǎn)變溫度隨壓強的增大而降低[42]。與體相黑磷不同，隨著壓縮應(yīng)變的增加，雙層黑磷會發(fā)生從直接到間接帶隙的轉(zhuǎn)變（3%），以及可逆的金屬化轉(zhuǎn)變（13.35%）[43]。雙層黑磷在高壓下發(fā)生半導(dǎo)體到金屬態(tài)的轉(zhuǎn)變也被Huang 等[31]通過計算證實，結(jié)果表明，當(dāng)壓縮后的層間距與初始層間距的比值處于0.65～0.85之間時，雙層黑磷處于穩(wěn)定的金屬態(tài)，并且具有高于10 K 的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，因此黑磷被認為是一種很好的低維超導(dǎo)材料?；诖?，壓強工程為探索其他二維材料中的拓撲轉(zhuǎn)變、金屬化、超導(dǎo)相變等研究提供了新的思路，也為設(shè)計和優(yōu)化基于高壓調(diào)制拓撲性能的電學(xué)和光電器件提供了更多的可能性。

圖2 黑磷在高壓下的結(jié)構(gòu)和電學(xué)響應(yīng)：(a)用高壓原位拉曼光譜研究不同層數(shù)的黑磷隨壓強變化的 A1g、 B2g 和 A2g振動模式的演化[35]；(b)體相黑磷中隨壓強變化的 A1g、 B2g 和 A2g拉曼模式的半峰全寬（FWHM）演化，虛線表示半導(dǎo)體到拓撲絕緣體相變壓強點[34]；(c)少層黑磷在高壓下從正常絕緣體（NI）轉(zhuǎn)變?yōu)槎S拓撲狄拉克半金屬態(tài)（TDSM），及不同層數(shù)的黑磷的拓撲相變圖，p C 和p T 分別為電子相變點和熱穩(wěn)定點[39]Fig.2 Pressure engineering in black phosphorus(BP):(a)the evolution of A1g, B2g and A2g modes in monolayer, bilayer, trilayer,and bulk BP samples asa function of pressure[35];(b) the evolution of full width at half maximum (FWHM)of A1g, B2g and A2g modes in bulk BPas a function of pressure[34],(c) top:evolution of band structure in few-layer BPfrom normal insulator (NI)to a two dimensional topological Dirac semimetal (TDSM)at high pressure, bottom:the pressure-thickness phase diagram of BP, where p C and p T are the critical pressuresfor electronic phase transition and upper limit of thermodynamic stability respectively[39]

3 二維絕緣體的高壓響應(yīng)——h-BN

h-BN 作為二維材料中二元體系的代表，常壓下為直接帶隙的絕緣體。h-BN 所具有的寬帶隙能帶結(jié)構(gòu)使其發(fā)光波長在深紫外范圍[46]，因此在制備深紫外光源和室溫單光子量子發(fā)射器等方面具有獨特的優(yōu)勢[47]。最近在h-BN中發(fā)現(xiàn)的壓電特性也使其在未來光電器件和電子器件中的應(yīng)用極具前景[48–49]。此外，由于絕緣態(tài)的h-BN具有原子級的平整性、無表面懸掛鍵以及超強穩(wěn)定性等特點，將h-BN 和其他二維材料通過堆疊形成異質(zhì)結(jié)，可以實現(xiàn)對原二維材料的保護以及性能的優(yōu)化，常被用來作為制備二維半導(dǎo)體器件的襯底和封裝材料[50]。目前，對h-BN 的高壓研究主要集中在探索其結(jié)構(gòu)隨壓強的變化。

3.1 h-BN的結(jié)構(gòu)相變

近年來，理論和實驗研究都發(fā)現(xiàn)h-BN在高壓調(diào)控下發(fā)生不可逆結(jié)構(gòu)相變。實驗方面，Meng 等[51]發(fā)現(xiàn)在18 GPa 的壓強下，h-BN中的sp2鍵完全轉(zhuǎn)變?yōu)閟p3鍵，在a和c方向形成了三維的四面體框架，氮化硼則完成了從h-BN（P63/mmc）到w-BN（P63mc）的相轉(zhuǎn)變（圖3(a)）。隨即，Segura 等[50]利用高壓原位紅外反射、透射和拉曼光譜研究了高壓下體相h-BN 的結(jié)構(gòu)變化，發(fā)現(xiàn)其在13 GPa 左右的壓強下發(fā)生從h-BN 到w-BN的不可逆相變（圖3(b)）。理論方面，Kürk?ü等[52]通過第一性原理計算，研究了高壓作用于AB堆疊的h-BN 的結(jié)構(gòu)、電學(xué)、彈性和振動特性的演變，發(fā)現(xiàn)了在12.5 GPa 左右的壓強下h-BN轉(zhuǎn)變?yōu)閣-BN 的相變過程，并首次預(yù)測了在相變過程中的兩個過渡態(tài)。另外，Ji 等[53]通過對DAC進行改造，得到可旋轉(zhuǎn)的RDAC，借助其產(chǎn)生的剪切應(yīng)力使h-BN發(fā)生層間堆垛的無序化，并且在較低的壓強（6.7 GPa）下使h-BN 轉(zhuǎn)變?yōu)閣-BN。相比于傳統(tǒng)的DAC高壓技術(shù)，該方法大幅降低了h-BN 發(fā)生相變的壓強臨界值，并且為BCN 和BCNO等體系的相變提供了更高效的方法。

3.2 h-BN的其他物理特性

不同堆垛方式的h-BN展現(xiàn)出不同的能帶結(jié)構(gòu)和物理性能[54–55]。An 等[55]通過第一性原理計算，研究了高壓對不同堆垛方式的雙層h-BN 的能帶調(diào)控的差異，發(fā)現(xiàn)：在上層的B、N 分別與下層的N、B對齊的堆垛方式中，壓強能使此種堆疊的雙層h-BN 發(fā)生從直接帶隙到間接帶隙的轉(zhuǎn)變；而對于另外兩種穩(wěn)定堆疊方式，壓強則使其產(chǎn)生由絕緣體到半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變。除了對h-BN 進行高壓的結(jié)構(gòu)和能帶研究以外，高壓下的光致發(fā)光（Photoluminescence，PL）現(xiàn)象也有報道。例如，Xue 等[56]在低溫下研究了單層和雙層h-BN 的缺陷光致發(fā)光行為在高壓下的響應(yīng)差異，并發(fā)現(xiàn)在雙層和多層h-BN中，由于層間和層內(nèi)彈性模量的巨大差異，壓強優(yōu)先作用于h-BN 的層間相互作用，因而首先出現(xiàn)PL峰隨壓強增大而紅移，超過一定的壓強后層間相互作用和層內(nèi)共價鍵相互競爭，PL 峰則發(fā)生隨壓強增大而藍移的現(xiàn)象（圖3(c)和圖3(d)）；然而在單層h-BN 中，壓強則僅作用于層內(nèi)的共價鍵，從而表現(xiàn)為PL峰隨壓強增大而持續(xù)藍移。此外，當(dāng)使用AFM 針尖對薄層BN 施加局部壓強時，BN會同時發(fā)生層與層之間的滑移和縱向晶格膨脹[46]，并給少層h-BN 帶來電荷注入的效應(yīng)[47,57]，這種可逆的負泊松比特性來源于材料表面形成的褶皺。同時，有計算表明，在高壓環(huán)境中的羥基會與最外層BN 雜化形成sp2-sp3連接，形成穩(wěn)定的導(dǎo)體。這些研究進一步表明了壓強工程在高效調(diào)控二維材料的層間相互作用及與之相關(guān)的物理性能的重要性，可以通過壓強工程使h-BN 等二維材料體系發(fā)生從絕緣體到導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變，從而拓寬這類材料在電子功能器件中的應(yīng)用范圍。

圖3 h-BN 在高壓下的結(jié)構(gòu)和光學(xué)響應(yīng)：(a)h-BN 在15 GPa 下的XRD 譜，表明其完成了從h-BN（P63/mmc）到w-BN（P63mc）的相轉(zhuǎn)變，藍線和黑線分別為入射方向平行和垂直DAC軸的數(shù)據(jù)[51]；(b)h-BN 在13 GPa、室溫下轉(zhuǎn)變?yōu)槊芏褀-BN 的原子結(jié)構(gòu)變化示意圖[50]；(c)單層（上）和雙層（下）h-BN 的原子結(jié)構(gòu)對應(yīng)力的響應(yīng)[56]；（d）多層h-BN 的缺陷PL 峰隨壓強變化的響應(yīng)[56]Fig.3 Pressure engineering in hexagonal boron nitride (h-BN):(a)the XRD spectra of bulk h-BN at 15 GPa,collected parallel(blue)/perpendicular (black)to the DACaxis[51];(b)atomic structure illustration showing phase transition process from h-BN(P63/mmc)to w-BN (P63mc)at around 13 GPa at room temperature[50];(c)schematic diagram for the strain effect on monolayer (top)and bilayer (bottom)h-BN[56];(d)evolution of defect-induced PL spectrum as a function of pressurein multi-layer h-BN[56]

4 二維寬禁帶半導(dǎo)體中的高壓響應(yīng)——TMDs

TMDs是一類化學(xué)通式為MX2的二維材料，由X-M-X 結(jié)構(gòu)構(gòu)成，兩個X 分別處于M 的兩側(cè)[58]，其中M為過渡金屬元素（Mo、W、V、Ta、Ti 等），X 為硫族元素（S、Se、Te）。根據(jù)原子排列及層間堆疊方式的不同，對大多數(shù)TMDs而言，有六角（1H/2H）、三斜（3R）、四方（1T）和單斜（1T′）等多種結(jié)構(gòu)類型，涵蓋金屬、半金屬和半導(dǎo)體特性。二維TMDs具有能帶結(jié)構(gòu)隨層數(shù)可調(diào)的特性（大多數(shù)TMDs都具有從多層間接帶隙到單層直接帶隙半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變的特性）[59]，且其能帶寬度涵蓋可見光到紅外波段的寬范圍，還具備二維限域效應(yīng)所帶來的優(yōu)異的光電特性，這些特點使其成為制備新一代集成光子以及光電器件等備受矚目的候選材料[60]。研究高壓調(diào)控下TMDs的結(jié)構(gòu)和物理特性，對于深入理解這類材料的極端力學(xué)行為及研發(fā)新型壓強傳感器具有重要的科學(xué)意義。目前相關(guān)研究主要集中在材料結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、聲子特性以及激子特性等方向。

4.1 TMDs的材料結(jié)構(gòu)

2014年Nayak 等[12]利用DAC技術(shù)結(jié)合第一性原理計算，研究了壓強對多層MoS2層間耦合作用的調(diào)控，并對比了單層和多層MoS2在壓強下的不同響應(yīng)。實驗發(fā)現(xiàn)，多層和單層MoS2分別在26 和19 GPa附近發(fā)生了晶格結(jié)構(gòu)扭曲（2Hc到2Ha的相變），并伴隨著從半導(dǎo)體到金屬態(tài)的轉(zhuǎn)變（圖4(a)）[61]。MoS2從2Hc轉(zhuǎn)變?yōu)?Ha相所需的壓強隨層數(shù)減少而逐漸增大的實驗現(xiàn)象也被Cheng 等[62]證實，并理論預(yù)測雙層MoS2的轉(zhuǎn)變壓強高達36 GPa。與MoS2結(jié)構(gòu)類似的2H相TMDs 在高壓誘導(dǎo)下發(fā)生的2Hc-2Ha相變也陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)和報道，如WS2的相轉(zhuǎn)變點為37 GPa[63]，WSe2為76.7 GPa[64]。WTe2在常溫常壓下為Td相，晶格對稱性遠低于2H相，但高壓下卻具有豐富的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，例如：隨著壓強的增加，WTe2會發(fā)生Td-T′（約5 GPa）-2H（約10 GPa）的逐步相變過程[65–66]；隨著溫度的升高，T′-2H相轉(zhuǎn)變所需壓強增大[67]。與WTe2類似，ReS2在常壓下為1T相（空間群P-1，三斜晶系），具有原子面內(nèi)各向異性，且層間耦合作用極弱（層數(shù)對其能帶結(jié)構(gòu)的影響很弱，單層到體相的ReS2的能帶結(jié)構(gòu)十分類似），因而具有與MoS2等不同的高壓響應(yīng)。理論預(yù)測在較低的壓強下，ReS2會從1T相轉(zhuǎn)變?yōu)?T′相，在90 GPa 時轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂蠭41/amd對稱性的超導(dǎo)相[68]。隨后，多層ReS2在8.0 GPa 左右發(fā)生層內(nèi)的結(jié)構(gòu)相變，在15.4 GPa 左右發(fā)生層間的結(jié)構(gòu)相變等實驗現(xiàn)象也陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)和報道[69]。這種高壓下層內(nèi)結(jié)構(gòu)相變先于層間結(jié)構(gòu)相變的獨特現(xiàn)象，是由ReS2中獨特的層間相互作用和耦合強度決定的。

圖4 MoS2在高壓下的結(jié)構(gòu)、能帶及電學(xué)響應(yīng)：(a)MoX2的2H c 和2H a 原子結(jié)構(gòu)側(cè)視圖，X 代表S、Se 和Te原子[61]；(b)單層、雙層和3層MoS2 的價帶頂（VBM）的能量劈裂以及層間距隨壓強變化[70]；(c)2H-MoS2 的壓強-溫度相圖[71]Fig.4 Pressure engineering in molybdenum dichalcogenides(MoX2):(a)schematic(side view)of 2H c and 2H a structuresof MoX 2,with X representing S,Se and Te[61];(b) band splitting of VBM and interlayer distance vs. pressure for monolayer,bilayer,and trilayer MoS2[70];(c) pressure-temperaturephase diagram of bulk 2H-MoS2[71]

4.2 TMDs的電子結(jié)構(gòu)

伴隨著層間距離、晶格結(jié)構(gòu)等變化，高壓下TMDs材料的金屬化和超導(dǎo)現(xiàn)象等能帶結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的變化更具應(yīng)用價值。首先，壓強工程可以高效地調(diào)控多層MoS2的層間耦合作用，從而影響其能帶的劈裂[70]，例如：在雙層和3層MoS2中，由層間耦合作用及自旋-軌道耦合（Spin-orbit coupling，SOC）作用導(dǎo)致的價帶頂劈裂隨壓強的增大而增加；而單層結(jié)構(gòu)中的能帶劈裂主要由自旋-軌道耦合決定，使得該現(xiàn)象未能在單層MoS2中發(fā)現(xiàn)（圖4(b)）。因此，多層二維材料體系中的層間耦合可以被壓強高效調(diào)制，而這種被調(diào)制的層間耦合作用將直接影響其能帶劈裂特性。其次，MoS2在高壓誘導(dǎo)下會發(fā)生從半導(dǎo)體到金屬態(tài)的轉(zhuǎn)變，且不同厚度的MoS2金屬態(tài)轉(zhuǎn)變所需的壓強不同，這與石墨烯、黑磷和h-BN 的行為極其相似。例如，多層MoS2在19 GPa 附近發(fā)生金屬態(tài)的轉(zhuǎn)變[12]，而體相MoS2的金屬化轉(zhuǎn)變壓強為60 GPa[71]，超導(dǎo)相變在90 GPa 左右發(fā)生，并且在更高的壓強（120 GPa）下該材料的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度也大幅升高（12 K），見圖4(c)。

高壓同樣可以引起MoSe2和MoTe2的金屬化轉(zhuǎn)變，例如：理論預(yù)測MoSe2發(fā)生金屬化轉(zhuǎn)變的壓強在28～40 GPa 之間，MoTe2則在13～19 GPa 之間[72]。不同于MoS2，高壓下2Hc相的MoSe2和MoTe2比2Ha相更穩(wěn)定，這兩種材料在高壓下都不會發(fā)生因?qū)娱g滑移導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)相變。在實驗方面，MoSe2的二維層狀結(jié)構(gòu)在高壓誘導(dǎo)下轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨蛲缘娜S結(jié)構(gòu)，并在40 GPa 附近發(fā)生金屬化轉(zhuǎn)變[62]；MoTe2在非靜水壓下發(fā)生不可逆金屬化轉(zhuǎn)變所需的壓強約為12.5 GPa，而在靜水壓下的轉(zhuǎn)變壓強約為14.9 GPa[13]，與Rifliková等[72]的理論結(jié)果一致。其他TMDs材料中的實驗和理論現(xiàn)象也被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)和報道，如多層WS2在約22 GPa 時發(fā)生金屬化轉(zhuǎn)變[73]，WTe2在高壓下發(fā)生磁阻的急劇變化[74]，薄層VS2在5 GPa 附近發(fā)生金屬化轉(zhuǎn)變[75]，ReS2在38.5 GPa 發(fā)生同構(gòu)的金屬化轉(zhuǎn)變[76]。

4.3 TMDs的聲子特性

壓強能夠大幅改變TMDs的結(jié)構(gòu)以及物理、化學(xué)性質(zhì)，而高壓原位拉曼光譜和原位PL譜則是有效反映這些變化的表征手段。在2H-TMDs體系的結(jié)構(gòu)表征方面，Cheng等[62]研究了不同層數(shù)的MoS2在高壓下的拉曼散射響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)層數(shù)越少的MoS2的拉曼振動模式對壓強的響應(yīng)越敏感（圖5(a)），表明多層二維材料中的層間耦合作用會抵消一部分壓強對晶格面外振動模式的作用。此外，不同對稱性的單層TMDs在高壓下具有不同的拉曼散射響應(yīng)，并且面內(nèi)振動模式和面外振動模式也具有完全不同的高壓響應(yīng)，這也陸續(xù)在MoS2、WS2等很多材料中得到了證實[73,77–78]。高壓作用于單層和多層TMDs時，除了使層內(nèi)共價鍵在壓應(yīng)力下縮短從而導(dǎo)致面內(nèi)和面外拉曼振動頻率增大（在拉曼光譜中表現(xiàn)為拉曼峰隨壓強增大而藍移）[79–81]，還可以通過高效壓縮多層體系的層間距離來增強層間耦合作用，從而增強其層間導(dǎo)熱系數(shù)[82]。對于具有1T對稱性的WTe2和ReS2等TMDs體系在高壓下的晶體結(jié)構(gòu)及能帶特性的變化也能夠通過原位拉曼光譜技術(shù)準(zhǔn)確表征，例如：Xia 等[83]研究了高壓下體相WTe2在平行和垂直原子面方向拉曼振動行為的差異，并發(fā)現(xiàn)了在平行原子面方向的拉曼軟模隨壓強增加逐漸紅移至8 GPa左右消失的特殊現(xiàn)象（圖5(b)），經(jīng)第一性原理計算表明，在該壓強下發(fā)生了WTe2從Td（非中心對稱）到T′（中心對稱）的超導(dǎo)相變，從而伴隨著外爾費米子的消失，為在外爾半金屬中利用高壓實現(xiàn)外爾態(tài)的開關(guān)提供了有效途徑。Tongay 等[84]利用高壓原位拉曼光譜研究了ReS2在高壓下的結(jié)構(gòu)變化，因體相ReS2的層間耦合較弱，面內(nèi)和面外的拉曼振動均對壓強不敏感，因此相比于MoS2、MoSe2和MoTe2，ReS2的拉曼振動頻率隨壓強變化較慢（圖5(c)）。

4.4 TMDs的激子特性

激子是半導(dǎo)體材料中束縛的電子-空穴對。相比三維半導(dǎo)體，二維半導(dǎo)體中空間電荷屏蔽作用大幅減弱，導(dǎo)致激子行為顯著加強，因此激子特性在二維半導(dǎo)體的電學(xué)、光學(xué)、光電特性中發(fā)揮著重要的作用。在利用高壓調(diào)控2H-TMDs激子發(fā)光特性方面，Dou 等[85]研究了高壓對雙層和單層MoS2帶間躍遷發(fā)光的影響，發(fā)現(xiàn)在1.5 GPa 左右雙層MoS2的導(dǎo)帶底發(fā)生從K點到Λ點的轉(zhuǎn)移（圖5(d)），致使其帶間躍遷PL峰從A 峰（直接帶隙躍遷）和I 峰（間接帶隙躍遷）轉(zhuǎn)變?yōu)锳*峰（間接帶隙躍遷）和I*峰（間接帶隙躍遷），單層MoS2的PL 峰強度隨壓強的升高而降低，這一現(xiàn)象被隨后的研究工作證實為高壓誘導(dǎo)下單層MoS2在某一壓強臨界點發(fā)生了從直接帶隙K-K′到間接帶隙K-Λ的轉(zhuǎn)變[77,86]。高壓下的這種直接帶隙到間接帶隙的轉(zhuǎn)變也在單層WSe2中被發(fā)現(xiàn)并報道[81,87]，此外，不同于壓強系數(shù)（dE/dp）為正的2H-TMDs，實驗和理論證實，具有1T對稱性的ReX2(X=S,Se)的壓強系數(shù)為負值，并且在高壓下具有完全不同的光學(xué)響應(yīng)和光電性能[88]。這些研究結(jié)果均表明壓強能夠有效改變TMDs的能帶結(jié)構(gòu)和激子發(fā)光行為，并有望利用壓強和應(yīng)力對二維TMDs電子和光電子器件進行性能優(yōu)化。

圖5 不同對稱性的TMDs在高壓下的結(jié)構(gòu)、能帶及光學(xué)響應(yīng)：(a)不同層數(shù)的2H-MoS2中的拉曼振動模式A1g 隨壓強變化[62]；(b)體相T d-WTe2的特征拉曼峰隨壓強的變化，激光入射方向平行于a軸[83]；(c)體相1T-ReS2和2H-MoS2的特征拉曼峰位隨壓強的變化[84]；(d)不同壓強范圍下雙層MoS2 的帶間躍遷示意圖[85]Fig.5 Pressure engineering in transition metal dichalcogenides(TMDs) with different symmetries:(a)evolution of A1g Raman mode in MoS2 with different thickness,as functions of pressure[62];(b)evolution of Raman spectrum in bulk T d-WTe2 with the incident laser illuminating along the a-axes[83];(c)evolution of the featured Raman peaks in bulk ReS2(E g, E g-like, A g-like)and MoS2 (E1g, E2g, A g),as functions of applied hydrostatic pressure[84];(d)transition path selection rules of bilayer MoS2 in different pressure ranges[85]

5 二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)中的高壓響應(yīng)

截至目前，二維材料已經(jīng)形成了十分龐大的家族體系，涵蓋金屬、半金屬、窄/寬禁帶半導(dǎo)體、絕緣體、拓撲絕緣體等屬性。隨著制備和轉(zhuǎn)移工藝的不斷成熟，將兩層或多層不同的二維材料組合堆疊而成的二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)，表現(xiàn)出完全不同于單一純相材料的物理特性。二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)所擁有的新奇物理特性，使其成為近年來二維材料領(lǐng)域發(fā)展最迅速的研究方向，在未來激子器件、光電器件等電子功能器件應(yīng)用中極具前景。不同于二維純相材料體系，范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的電學(xué)、光學(xué)等性質(zhì)對其層間耦合作用更加敏感。此外，范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)中獨特的層間激子具有比層內(nèi)激子更長的壽命，且隨層間距離及層間耦合作用敏感可調(diào)。因此，深入研究和分析范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的層間耦合作用及其調(diào)控規(guī)律，對于優(yōu)化范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的相關(guān)物理特性以及拓寬其在新一代太陽能電池、激子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的意義。目前，相關(guān)研究主要包括利用壓強調(diào)控二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的層間耦合作用和其他物理特性。

5.1 二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的層間耦合作用

目前范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的制備方法大多依賴于“剝離-轉(zhuǎn)移”法。這種方法得到的二維異質(zhì)結(jié)往往層間距離較大，導(dǎo)致層間相互作用弱，進一步限制了層間電荷的轉(zhuǎn)移。如前所述，壓強工程可以有效縮短層間距離，是一種高效增強層間耦合作用并原位研究相關(guān)物理性質(zhì)變化的手段。在利用高壓拉曼研究結(jié)構(gòu)響應(yīng)方面，F(xiàn)an 等[89]利用壓強工程對MoS2-WS2異質(zhì)結(jié)的層間耦合作用實現(xiàn)了高效調(diào)控，實驗發(fā)現(xiàn)增強后的層間耦合對異質(zhì)結(jié)中的面內(nèi)振動模式（E′）幾乎沒有影響，但卻使異質(zhì)結(jié)上下層中的S原子產(chǎn)生同向和反向的相干振動，從而導(dǎo)致兩個面外振動模式（A′1）出現(xiàn)不同于單層MoS2和WS2的硬化及軟化（互相排斥）行為（圖6(a)）。在高壓下的激子發(fā)光研究方面，Xia 等[10]研究了高壓下二維WSe2-MoSe2異質(zhì)結(jié)的層間激子發(fā)光及能帶結(jié)構(gòu)的演變，通過兩步化學(xué)氣相沉積（CVD）法制得的2H相WSe2-MoSe2異質(zhì)結(jié)具有原子級精度的層間強耦合，因此在常壓下表現(xiàn)出兩個顯著的層間激子發(fā)光峰。在實驗中發(fā)現(xiàn)，利用DAC高壓技術(shù)改變異質(zhì)結(jié)的層間距離及層間耦合作用時，WSe2-MoSe2異質(zhì)結(jié)在1.2 GPa左右發(fā)生了層間激子發(fā)光的突變行為，這種突變被證實為壓強誘導(dǎo)下價帶頂從布里淵區(qū)K點到 Γ點的跳變（圖6(b)）。此外，層間耦合增強型WSe2-MoSe2異質(zhì)結(jié)也可通過機械剝離法和真空退火處理得到[90]，這種經(jīng)退火后的異質(zhì)結(jié)也被發(fā)現(xiàn)具有壓強誘導(dǎo)下從直接帶隙躍遷（K-K）到間接帶隙躍遷（K- Λ）的激子跳變行為（二維轉(zhuǎn)變?yōu)槿S），且這些激子發(fā)光最終于2.43 GPa 左右湮滅（三維轉(zhuǎn)變?yōu)槎S）。與此同時，這些壓強調(diào)控異質(zhì)結(jié)中層內(nèi)和層間激子發(fā)光行為的研究工作，對于未來實現(xiàn)基于二維異質(zhì)結(jié)的新型激子器件及性能優(yōu)化具有重要意義。

圖6 二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)在高壓下的結(jié)構(gòu)、激子發(fā)光、電荷摻雜等響應(yīng)：(a)WS2/MoS2 異質(zhì)結(jié)中 A1′和E′振動模式的頻率隨壓強增加的變化，及其與單層WS2 和單層MoS2的對比[89]；(b)雙層WSe2/MoSe2 異質(zhì)結(jié)的PL 譜在高壓下的響應(yīng)（左），及第一性原理計算得到的電子能帶結(jié)構(gòu)隨壓強的變化（右）[10]；(c)Graphene/MoS2異質(zhì)結(jié)中石墨烯的狄拉克點移動及電荷轉(zhuǎn)移誘導(dǎo)的載流子濃度變化[91]；(d)不同層數(shù)（1L、2L、3L）的石墨烯/h-BN 異質(zhì)結(jié)中的摻雜效率在STM 針尖施加壓強下的響應(yīng)對比[92]Fig.6 Pressureengineering in 2DvdWs heterostructures:(a)evolution of A1′and E′ vibration modes asa function of pressure[89];(b)evolution of measured PL spectrum (left)and calculated electronic band structure (right) with pressure in WSe2/MoSe2 heterobilayers,from ambient pressure to 2.8 GPa[10];(c) the relative shift of the Dirac point with respect to the Fermi level,together with charge-transfer-induced carrier concentration of graphene,as functions of hydrostatic pressurein graphene/MoS2 heterostructures[91];(d)the relative charging efficiency in graphene/h-BN heterostructureswith different number of graphene layers(1L,2L,3L), asfunctions of theapplied tip force[92]

5.2 二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的其他物理特性

壓強工程在增強二維異質(zhì)結(jié)中的層間耦合強度的同時，還會給異質(zhì)結(jié)的其他物理性能帶來極大的影響。例如，Pandey 等[91]驗證了壓強對二維異質(zhì)結(jié)電荷摻雜濃度的可調(diào)性，實驗發(fā)現(xiàn)石墨烯/2H-MoS2異質(zhì)結(jié)中因電荷轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的石墨烯p型摻雜，在高壓下的摻雜濃度隨壓強呈指數(shù)級增長（30 GPa左右可達3.2×1013cm?2）（圖6(c)）。在此基礎(chǔ)上，石墨烯/2H-MoS2異質(zhì)結(jié)中壓強對電荷流和自旋流的高效調(diào)控等實驗現(xiàn)象也被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)并報道[93]。此外，壓強對表面吸附氫原子的石墨烯/h-BN 異質(zhì)結(jié)的鐵磁態(tài)調(diào)控[94]，以及不同層數(shù)石墨烯/h-BN異質(zhì)結(jié)在壓強調(diào)控下的電子結(jié)構(gòu)特性及電荷注入效率[92]等也得到了廣泛的研究。Barboza 等[92]在實驗上發(fā)現(xiàn)多層異質(zhì)結(jié)在高壓誘導(dǎo)及水分子環(huán)境下，會發(fā)生層間范德瓦爾斯作用向共價鍵的轉(zhuǎn)變，因此雙層、3層石墨烯/h-BN異質(zhì)結(jié)的電荷注入效率隨外加壓強增大的變化規(guī)律（先減小后增大）與單層石墨烯/h-BN 異質(zhì)結(jié)的行為（單調(diào)減小）完全不同，如圖6(d)所示。此外，計算發(fā)現(xiàn)具有肖特基接觸的p型PdSe2/ZT-MoSe2異質(zhì)結(jié)在16 GPa 左右的壓強下可以轉(zhuǎn)變?yōu)闅W姆接觸[95]，因此高壓可以有效調(diào)控二維異質(zhì)結(jié)的接觸電阻類型。與此同時，高壓調(diào)控下不同堆垛角度的二維異質(zhì)結(jié)有望具有不同的結(jié)構(gòu)和電學(xué)特性響應(yīng)。例如：在對夾角很小的石墨烯/BN 異質(zhì)結(jié)進行STM 探針局部加壓的研究中[96]，發(fā)現(xiàn)針尖下該異質(zhì)結(jié)的局域晶格完美匹配；在利用活塞壓缸施加靜水壓對石墨烯/BN 超晶格進行調(diào)控時[97]，發(fā)現(xiàn)對于有Moiré條紋的異質(zhì)結(jié)超晶格，壓強能夠有效調(diào)控該超晶格的電導(dǎo)和電容特性，而這種調(diào)控特性在沒有Moiré條紋的異質(zhì)結(jié)中并未被觀察到。

6 結(jié)論和展望

簡要概述了近年來高壓技術(shù)在二維材料及其異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)及物理特性調(diào)控中的應(yīng)用。從二維材料的鼻祖石墨烯，到目前最前沿的二維范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)，通過選取二維家族體系中極具代表性且研究最成熟的材料體系（石墨烯、黑磷、h-BN、MoS2、WSe2-MoSe2異質(zhì)結(jié)），系統(tǒng)地介紹了壓強工程調(diào)控二維材料體系的層內(nèi)共價鍵、層間距離、范德瓦爾斯相互作用、能帶結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)和物理特性的普適性。希望對這些基本問題的回顧、梳理和探討能夠為后續(xù)的實驗和理論研究提供有益的參考，為進一步通過壓強工程對二維材料及異質(zhì)結(jié)器件的電學(xué)、光學(xué)、光電等性能開展調(diào)控及優(yōu)化研究提供實驗和理論依據(jù)。目前對于二維材料層間耦合作用的相關(guān)理論研究還存在很多值得研究的問題，例如：一些二維復(fù)雜體系在高壓誘導(dǎo)下的新現(xiàn)象缺乏有說服力的理論模型，二維材料及異質(zhì)結(jié)中復(fù)雜的激子弛豫、躍遷、競爭等動力學(xué)過程亟待研究，利用層間耦合作用實現(xiàn)新型二維半導(dǎo)體器件仍為空白等。這為國內(nèi)外二維材料及高壓領(lǐng)域的科研工作者提供了更進一步的研究機會，有望通過共同努力來攻克這些難題和挑戰(zhàn)。

裴勝海與鄧晴陽在本文的整理、撰寫及修改過程中具有相同的貢獻。