石墨烯的研究打開了發掘更多二維材料的大門。到目前為止，已有上百種二維材料被人們所發現，包括第四主族單質、第三和第五主族構成的二元化合物、金屬硫族化合物、復合氧化物等。這些發現不僅打破了長久以來二維晶體無法在自然界中穩定存在的預言，其自身的優異性質也使得它們呈現出許多新奇的物理現象和電子性質，例如半整數、分數和分形量子霍爾效應、高遷移率、能帶結構轉變等，在基礎和應用研究中都極具潛力。 

　　IVAVIB單晶二維材料MX (M= Ge, Sn; X= S, Se)由于具有極高的穩定性、豐富的蘊藏量和環境友好性，以及從材料結構到性能上與黑磷烯的相似性而受到廣泛關注。基于第一性原理方法對MX的能帶結構的計算、對其從間接帶隙到直接帶隙的臨界層厚、以及基于其C2v對稱結構的壓電性能理論預測等多有報道。然而，由于該類型材料普遍非常脆，難以直接以傳統的物理撕裂法制備得到單原子層材料。同時，以化學合成方法難以獲得較大面積的單原子層（大于1微米）。因此對IVAVIB單晶二維材料的研究迄今仍然停留在理論預測階段。在MX當中，GeSe理論上被認為是唯一具有直接帶隙的材料，且該材料的光譜范圍預測幾乎覆蓋了整個太陽光光譜，使得這種材料未來在量子光學、光電探測、光伏、電學等領域有非常巨大的應用潛力。 

　　針對這一情況，最近，量子信息技術中心團隊發現利用單晶硅表面二氧化硅的隔熱效果和激光減薄方法，可以在一定激光功率密度下不斷地減薄GeSe的層厚，直至單原子層。其減薄機理是激光在GeSe表層產生高熱，由于GeSe材料本身的層狀特性，難以將熱量及時傳導出去，導致層厚被不斷減薄。當GeSe的層厚被減薄至單原子層時，整個SiO2/Si可以被看做熱沉而無法繼續減薄。基于此方法，團隊首次實驗制備出了100微米以上的GeSe單原子層材料。在此基礎上基于熒光譜、拉曼譜等方法研究了GeSe單原子層的原子和能帶結構，并基于第一性原理方法理論印證了實驗結果的可靠性。實驗和理論計算表明，GeSe單原子層的熒光譜非常寬，從可見光波段到近紅外波段發現了8個熒光峰，從間接帶隙到直接帶隙的轉變發生在第三層。同時，團隊分別實驗制備了基于GeSe體材料和二維材料的晶體管，其I-V和光反應性能表明，二維材料的光敏度是相應體材料的3.3倍，同時二維材料器件的光反應度也遠優于相應體材料器件。研究結果驗證了此前的理論預測，并獲得了大量新的實驗發現。 

　　IVAVIB單晶二維材料的實驗實現對于研究該族材料在光學、電學和光電領域的應用具有非常重要的意義，從而使得對該族二維材料的研究從理論預測推進到了實驗實現的階段。 

　　上述研究成果得到重慶市基礎前沿重大項目（cstc2013jcyjC40001），中科院西部青年學者A類項目，國家自然科學基金面上項目（61775214）等資助。 

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.201704855 

　　Hongquan Zhao*, Yuliang mao*, Xin Mao, Xuan Shi, Congshen Xu, Yuhui Yang, Chunxiang Wang， Shangmin Zhang, Dahua Zhou，Advanced Functional Materials. DOI:10.1002/adfm.201704855. （中科院SCI一區，IF=12.128）