自从发现石墨烯的显著特性以来，科学家们越来越多地把研究的重点放在了其他可能的二维材料上，这两种材料都是在实验室中发现的，并且在实验室中进行了合成。然而，在规模上不断增长的高质量的晶体二维材料已经证明是一个巨大的挑战。
这两个月发表在两份纳米技术期刊上的一篇论文为未来电子设备的晶片尺度二维晶体提供了基础。在由nsf赞助的二维晶体联盟-材料创新平台的主任Joan Redwing领导的工作中，研究人员开发了一个多步骤的过程，可以在大面积的蓝宝石基片上制作单晶原子薄片的钨片。
Redwing说:“到目前为止，大多数2D设备都是使用小片的，这些薄片是由大块晶体脱落的。”“要开发一种设备就绪的技术，你必须能够在大面积的基材上制造设备，而且它们必须具有良好的晶体质量。”
这个过程使用蓝宝石作为基体，因为它的晶体结构。这种结构在一个称为外延的过程中，以晶体的形式来定向薄膜的生长。由于基体和底物上的物质形态的小岛屿被加热，这些岛屿以均匀的模式分布在基板上，形成大面积的无间隙的薄膜，而且缺陷很少。关键的进展是利用气体源化学气相沉积，精确控制岛屿的密度和扩散速率，达到二维材料的单层。
在《纳米快报》杂志上，他们发表了他们的研究成果，“大区域的扩散控制的外延，在蓝宝石上凝聚了WSe2单层细胞”。
在一个相关的论文中,“实现大规模、电子级二维半导体,”在线发表在《ACS Nano,约书亚·罗宾逊领导的研究小组,材料科学和工程学副教授,宾夕法尼亚州立大学,提供基本的理解使device-ready合成二维半导体基于这些外延大面积电影在未来的工业规模的电子产品。
罗宾逊说:“这项研究的主要意义在于，我们能够理解那些拥有高质量2D材料的外在因素。”“我们发现，即使当你在表面生长定向晶体时，也会有其他因素影响到获得高电子移动性或快速晶体管的能力。”
特别是，他们发现蓝宝石衬底和单层膜之间有很强的相互作用，底物支配着这些性质。为了克服这些挑战，研究人员增加了两到三层，提高了20-100倍的性能。
罗宾逊说:“这是第一个真实的证据，证明了底物对二维层的传输特性的影响。”
《纳米快报》的第一作者是小田张，他是Redwing集团的博士生。林育川，罗宾逊集团的前博士生，是ACS Nano的第一作者。Redwing和Robinson都是这两篇论文的合著者，他们都是材料研究所和宾州二维水晶联盟-材料创新平台，国家科学基金会国家用户实验室推进国家- - -的成员。
除NSF外，陶氏化学公司、半导体研究公司、低能源系统技术中心(LEAST)和国防高级研究计划局(DARPA)也为研究人员提供了支持。
来自四所大学的22位作者参与了ACS纳米论文的研究，该论文报告了4年的研究。来自宾夕法尼亚州立大学和伦斯勒理工学院的10位作者对纳米快报做出了贡献。罗宾逊想要感谢来自匹兹堡大学的Susan K. Fullerton的团队，他们对ACS纳米纸的电气部分做出了宝贵的贡献。
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