自2004 年石墨烯被首次从石墨中解理出来以来,二维材料的研究已经走过了18 个年头.在这近二十年的时间里,二维材料已经发展成为一个庞大的家族;这些二维材料展现出丰富多样的性质,涵盖了凝聚态物理研究的各个主要方向.更为重要的是,二维材料研究开辟了一个材料物理研究的新范式:把一个层状的晶体块材减薄到单层或少层,所得到的二维材料往往会展现出与块材母体完全不一样的特性.新的物理也随之涌现,例如石墨烯中的狄拉克费米子物理以及单层二维过渡金属硫族化合物中的谷自旋物理.更进一步,这些二维材料原则上可以像魔角双层石墨烯一样,通过堆叠形成异质结,成为发现新效应、新物理的另一个源泉.Mounet 等人的计算表明,迄今实验上制备出的二维材料只是冰山的一角,理论上可以解理到单层的二维材料可能有上千种.二维材料及其异质结构的研究因此蕴含着巨大的原创性发现的机会.

在所有这些二维材料中,原子在层内都是通过共价键和离子键等强化学键结合在一起,同时面外的化学键呈饱和状态,层与层之间仅以弱范德华力相结合.这个结构上的共性保证了二维材料即使在单层极限下也可以保有其结构的完整性和化学的稳定性.“界面即器件”,二维材料本身就是一个界面,基于二维材料的半导体器件电场对沟道的调控更彻底,从而抑制纳米尺度下半导体器件中的……