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自從發(fā)現(xiàn)石墨烯有著優(yōu)異性能以來(lái)，二維的層狀材料比如金屬硫化物，過(guò)渡金屬氧化物，以及其他的二維復(fù)合物再次引起了人們的興趣。過(guò)渡金屬二硫化物是由六方的金屬原子夾在兩層狀硫族元素原子之間構(gòu)成的。硫族元素和過(guò)渡金屬的結(jié)合，形成了超過(guò)40種不同類(lèi)型的過(guò)渡金屬二硫化物。層狀的過(guò)渡金屬氧化物如MoO3，La2CuO4，絕緣的h-BN，拓?fù)浣^緣體Bi2Te3,Sb2Se3，Bi2Se3，這些層狀材料的共同特點(diǎn)是堆積的三維晶體結(jié)構(gòu)。相鄰的片層之間受范德瓦爾力的相互影響。這些材料橫跨電子結(jié)構(gòu)從絕緣體到金屬的整個(gè)范圍，表現(xiàn)出非常優(yōu)異的性能，比如拓?fù)浣^緣體效應(yīng)、超導(dǎo)性、熱電性等等。與此同時(shí)，第四主族的類(lèi)石墨烯二維納米微片也引起了高度關(guān)注。硅烯和鍺烯，硅基或鍺基的類(lèi)石墨烯材料，已經(jīng)在近幾年的時(shí)間內(nèi)，由理論預(yù)測(cè)到了實(shí)驗(yàn)觀(guān)察階段。

二維材料展示了獨(dú)特的物理性質(zhì)。這些性質(zhì)也被他們所對(duì)應(yīng)的塊材所擁有，包括電荷密度波，拓?fù)浣^緣體，二維電子氣的物理，超導(dǎo)現(xiàn)象，自發(fā)磁化和各向異性的傳輸特性等。二維層狀材料在電池，電致變色顯示，化妝品，催化劑，和固體潤(rùn)滑劑等方面有著一系列廣泛的應(yīng)用。

同層的連續(xù)減薄到單層尺寸，層狀塊材的固有性質(zhì)將被改變。隨著該領(lǐng)域研究的不斷壯大，許多單層材料具有的物理、電子獨(dú)特及結(jié)構(gòu)性能出現(xiàn)了。令人振奮的例子之一是發(fā)現(xiàn)在分層的大量過(guò)渡金屬硫族化合物（MoS2，WS2， TISe2， Bi2Se3）接近單層厚度。這些材料，特別是展現(xiàn)高遷移率和維持一個(gè)帶隙接近數(shù)層系統(tǒng)。一個(gè)特殊的例子是二硫化鉬，有著200 cm2/（VS）的電子遷移率。二硫化鉬也經(jīng)歷了間接的相位變化帶來(lái)的直接帶隙半導(dǎo)體與隨行光致發(fā)光，作為一種可能的2D晶體管材料。其他金屬硫族化合物，尤其是Bi2Se3，Sb2Te3和Bi2Te3，展現(xiàn)了熱電和拓?fù)浣^緣體性能，吸引了對(duì)于未來(lái)應(yīng)用的興趣。

其他獨(dú)特的化學(xué)方法研制新型二維材料也出現(xiàn)了。通過(guò)三元碳化物，氮化物和碳氮化物與氟化氫(HF)提高了層狀金屬碳化物和氮化系統(tǒng)的性能。被稱(chēng)為MXenes的材料，如Ti3C2 ， Ti2C ，Ta4C3和TI3(C0.5N0.5)2 ，已經(jīng)形成。

石墨烯加氫帶來(lái)了石墨烷。石墨烷是一個(gè)完全飽和烴的2D化學(xué)分子式為SP3雜化的CH，其帶隙5.4 eV。石墨烷缺口保留靈活性，二維平面度，及多石墨烯的強(qiáng)度，但它的是絕緣體。石墨烷缺乏石墨烯的狄拉克錐。但是石墨烯和石墨烷缺乏直接帶隙，從而使這些材料無(wú)法實(shí)現(xiàn)在光電方面的應(yīng)用。

石墨烯的具體進(jìn)展和石墨烷帶動(dòng)更大的對(duì)于半導(dǎo)體硅和鍺的興趣，硅烯和鍺烯。兩者的這些材料被預(yù)測(cè)為有混合sp2和sp3雜化，這導(dǎo)致褶皺在硅和鍺原子保留了半導(dǎo)電特性的層狀塊材。硅烯已被證明通過(guò)蒸汽實(shí)驗(yàn)生長(zhǎng)在銀基板。它有有趣的物理和電子屬性。硅烯展示高流動(dòng)性，特征狄拉克錐，并打開(kāi)一個(gè)帶隙，且與所施加的電場(chǎng)成正比。然而硅烯需要一個(gè)支撐層如銀，二硼化鋯，或銥，所有這些材料都導(dǎo)電，從而消除了整體的硅烯的性能。

所有這些二維材料，特別是鍺或硅為基礎(chǔ)的二維材料其非零帶隙，在提供技術(shù)顯著的承諾領(lǐng)域，如稀釋劑晶體管，太陽(yáng)能電池，光電檢測(cè)器的材料。這些材料是唯一能展示基礎(chǔ)物理的行為的新組合，如光致發(fā)光，狄拉克錐和出色的傳輸特性。臨近2D，物理的基本材料屬性顯示來(lái)自不同的這些層狀材料。新并列薄的材料特性維提供多少承諾在技術(shù)無(wú)限陣列應(yīng)用范圍從熱電，透明電極電池，超薄的太陽(yáng)能電池，并高流動(dòng)性電子躍遷裝置，將新的光電器件。新興的二維層狀半導(dǎo)體石墨和石墨烷材料類(lèi)似物，如硅烯，鍺烯和硅烷提供很多令人興奮的可用的未來(lái)電子材料。

近日，二維晶體材料家族再添新成員——黑磷。中國(guó)科學(xué)家最近成功制備出基于新型二維晶體黑磷的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件，這是國(guó)際科學(xué)界繼石墨烯（其發(fā)現(xiàn)者獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）之后的又一重要進(jìn)展，其在納米電子器件應(yīng)用方面具有極大潛力。該成果發(fā)表在最新一期國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然?納米科技》上。

場(chǎng)效應(yīng)管是現(xiàn)代電子工業(yè)的基礎(chǔ)型器件，其傳統(tǒng)原材料是硅，但硅的制造工藝正逼近“天花板”。此后，單層原子厚度的石墨烯被發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著二維晶體成為一類(lèi)可能影響未來(lái)電子技術(shù)的新型材料，然而二維石墨烯的電子結(jié)構(gòu)中不具備能隙，無(wú)法實(shí)現(xiàn)電流的“開(kāi)”和“關(guān)”，弱化了其取代計(jì)算機(jī)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的前景?？茖W(xué)家們探索并提出了幾種替換材料，如單層硅、單層鍺，但這些材料都不穩(wěn)定，不利于應(yīng)用。近年來(lái)，科學(xué)家們努力尋找新型材料，希望進(jìn)一步提高場(chǎng)效應(yīng)管的性能。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，中國(guó)科技大學(xué)陳仙輝教授課題組與復(fù)旦大學(xué)張遠(yuǎn)波教授、封東來(lái)教授和吳驊教授課題組合作，成功制備出基于具有能隙的二維黑磷場(chǎng)效應(yīng)晶體管。實(shí)驗(yàn)顯示，這種材料厚度小于7.5納米時(shí)，在室溫下可得到可靠的晶體管性能，漏電流的調(diào)制幅度在10萬(wàn)量級(jí)，電流-電壓特征曲線(xiàn)展現(xiàn)出良好的電流飽和效應(yīng)。這些性能表明，其在納米電子器件應(yīng)用方面具有極大潛力。