最新！崔屹团队Nat Rev Mater（IF=77）综述

长期以来，用客体掺杂或改变晶体以获得所需的性能一直是材料科学的研究前沿。然而，许多晶体中紧密堆积的晶格结构限制了该策略的适用性。二维层状材料的出现重新激发了人们对通过门控和插层这两种重要策略利用这种方法的兴趣，在不破坏化学键的情况下提供对主体材料性质的可逆调节。此外，这些动态可调技术使合成新的混合材料成为可能。 

2022年8月31日，斯坦福大学崔屹和Harold Y. Hwang共同通讯在Nature Reviews Materials（IF=77）在线发表题为“Electrostatic gating and intercalation in 2D materials”的综述文章，该综述回顾了客体物质和主体二维材料之间的相互作用如何调整材料的物理和化学，并讨论它们在创造传统方法无法企及的人造材料和结构方面的巨大潜力。

长期以来，对设计材料的追求一直促使科学家们定制材料以获得所需的功能。几个世纪以来，已经开发了各种控制和调制工具来调整材料特性，例如通过掺杂、相位控制、缺陷和应变。在过去的几十年中，为了设计其电学、光学和结构特性而将电子、空穴或离子按需引入主体材料中已被广泛采用，以实现半导体技术的革命性进步，从而产生了这一概念客体（原子、离子、分子）修饰。这种调制方法有几个关键特性是客体特性所固有的。首先，通过掺入不同元素获得的电子结构自由度可以在材料内引起广泛的掺杂和不同类型的相互作用。其次，客体物质的动态和移动性质允许可逆调整。第三，拓扑转变保留了材料的结构拓扑并利用不同离子种类的不平衡动力学特性，能够合成具有亚稳态晶格环境和价态的新材料。更重要的是，建立在化学成分变化和静电调制（例如，使用离子调谐）的交叉点的基础上，可大大扩展了可调谐性，超出了传统方法的限制。

二维材料，尤其是二维过渡金属二硫化物（TMDs），作为一个具有多种物理性质和功能的大家族，为该领域带来了新的活力，由于其受限的原子级薄层状结构，为客体修饰提供了一个完美的平台。二维材料因其各向异性键合（层内共价键和层间范德华相互作用）而适用于客体插层。弱的层间相互作用有利于单层薄片的分离，其性质对周围环境的变化极为敏感。此外，可以通过访问范德华间隙而不破坏层内共价键、保持二维材料的主体结构和限制掺杂物质来实现客体插入到层状二维材料中。这些策略构成了通过结合二维材料和客体的不同特性来合成新型材料系统的灵活途径，从而在量子器件和能源中具有潜在应用。

层状过渡金属氧化物的研究，另一个被大量研究的材料家族，也得到了蓬勃发展。层状过渡金属氧化物因其复杂的结构化学和广泛的物理性质而引起了广泛的研究兴趣。由于过渡金属 d 轨道的强电子相关性以及过渡金属阳离子和氧阴离子之间的杂化促进的电荷、自旋和晶格自由度之间的纠缠，它们通常具有多体现象。这些强相互作用的一个决定性后果是广泛的功能，从铁级到超导。由于这些原因，过渡金属氧化物和客体物质之间的相互作用引起了材料合成研究的持久兴趣。在这篇评论中，专注于应用于二维层状硫属化物和氧化物的客体调整。该综述首先介绍可用于客体调谐的两种主要技术，静电门控和插层。简要讨论了每种技术的机制和实验设计。然后，该综述介绍了客种调制所带来的令人兴奋的进展，涵盖了面向应用的工作和新现象的发现。最后，该综述展望了离子调谐在二维层状硫属化物和氧化物中提供的巨大可能性，以及将该方法扩展到其他材料家族的前景。

参考消息：https://www.nature.com/articles/s41578-022-00473-6

转自：“iNature”微信公众号

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