电子导电二维(2D)材料因其独特的性质而成为当前物理和化学研究的热门话题，有可能开辟科学和技术的新途径。此外，不同二维材料的组合(称为异质结构)扩大了其电学、光化学和磁学性质的多样性。这可能会带来仅用单一材料无法实现的创新电子设备。

异质结构可以通过两种方式制造：垂直，材料堆叠在彼此的顶部，或横向，材料并排堆叠在同一平面上。横向排列提供了特殊的优势，将电荷载流子限制在单个平面上，并为特殊的“面内”电子设备铺平了道路。然而，横向连接处的建设具有挑战性。

在这方面，使用有机材料制成的导电二维材料(称为“配位纳米片”)是有前途的。它们可以通过结合金属和配体来创建，范围从具有金属特性(如石墨烯)和半导体特性(如过渡金属二硫属化物)到具有绝缘特性(如氮化硼)的配体。

这些纳米片实现了一种称为金属转移的独特方法。这使得能够合成具有“异质结”的横向异质结构，这是通过直接反应无法实现的。异质结是两种具有不同电子特性的材料之间的界面，因此可以用作电子器件。

此外，通过利用配位纳米片的异质结，可以创造出传统二维材料难以实现的新电子特性。尽管有这些优点，金属转移作为异质结构制造方法的研究仍然有限。

为了解决这一知识差距，由日本东京理科大学(TUS)科学技术研究所的HiroshiNishihara教授领导的日本研究小组利用顺序金属转移法合成了Zn3BHT配位纳米片的横向异质结。

该团队包括同​​样来自启迪科技大学的ChoonMingTan博士、NaoyaFukui助理教授、KenjiTakada助理教授和HiroakiMaeda助理教授。该研究由启迪科技大学、剑桥大学、日本国立材料科学研究所(NIMS)、京都工业大学和日本同步辐射研究所(JASRI)联合研究，发表在《AngewandteChemie国际版》杂志上2024年1月5日。

该团队首先制造并表征了Zn3BHT配位纳米片。接下来，他们研究了Zn3BHT与铜和铁的金属转移。Nishihara教授解释说：“通过在温和条件下将纳米片顺序且空间有限地浸入铜和铁离子水溶液中，我们可以轻松地制造出具有金属交换铁和铜纳米片面内异质结的异质结构。”

该方法是在室温和大气压下的溶液过程，从配位纳米片的制造到面内异质结的制造。该工艺与硅半导体光刻技术中使用的高温、真空、气相加工工艺完全不同。

这是一个简单且廉价的过程，不需要大型设备。挑战在于如何制造不含杂质的高度结晶薄膜。如果洁净室和高纯度试剂可用，商业上可行的制造技术将很快实现。

研究人员获得的无缝异质结证明了电子电路中常见的整流行为。测试二极管的特性揭示了Zn3BHT配位纳米片的多功能性。这些特性可以轻松改变，无需任何特殊设备。此外，这种材料还可以仅用单个配合片制造集成电路，而无需使用不同材料进行任何拼凑。

西原教授表示：“通过我们的方法获得的超薄(纳米厚)整流元件对于超大规模集成电路的制造非常有用。同时，具有面内异质结的单原子层薄膜的独特物理性质可以从而促进新元素的开发。”

此外，通过使用这种金属转移反应，可以创建具有各种电子特性的结，例如p-n、MIM(金属-绝缘体-金属)和MIS(金属-绝缘体-半导体)结。粘合单层拓扑绝缘体的能力也将使新的电子器件成为可能，例如电子分裂器和仅在理论上预测的多层器件。

总的来说，这项研究提出了一种简单但强大的横向异质结构技术，标志着二维材料研究迈出了重要一步。

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