近日，我系郭芸帆研究员课题组以Symmetry Manipulation of Two-Dimensional Semiconductors by Janus Structure为题在Accounts of Material Research上发表viewpoint论文。基于课题组前期的代表性工作和领域内的相关研究，作者总结了具有面外对称性破缺的非对称二维半导体， Janus 过渡金属硫化物（Janus Transition Metal Dichalcogenides，Janus TMDCs）的最新进展，同时展望了该领域未来的研究方向。

晶体结构的对称性是影响其电子能带结构和物理化学性质的重要因素。众多新奇的物性来源于材料对称性的破缺，如: 铁电极化、铁磁极化、体光伏效应、谷自旋极化等。如何在原子尺度实现对二维材料对称性的精准操纵，对于设计和开发新一代功能材料与器件至关重要。非对称过渡金属硫化物具有天然的面外电偶极矩、内建电场和分子内应力。这不仅会为研究二维材料的构效关系引入新的自由度，而且为探究与对称性相关的基本物理现象和实际应用提供了新方案。

图1. Janus TMDC 的结构、合成和性质示意图。

在本篇viewpoint中，作者总结了Janus TMDCs的结构特征、合成方法、独特性质及其潜在应用。同时，探讨了这类非对称材料在当前面临的挑战及未来的发展方向。

作者首先介绍了Janus TMDCs材料及其异质结的独特结构。Janus TMDCs，由MXY（M = Mo 或 W, X = S 或 Se, and Y = Se 或 S）表示，即基于传统TMDCs的MX₂结构，由单原子层替换制得。因为X、Y两类硫属原子在电负性，原子半径等方面的差异，这类二维半导体具有内禀的面外对称性破缺。从而，为构筑由对称性调控的异质结提供了新的思路。与此同时，Janus TMDCs继承了传统TMDCs多晶相的属性（如：半导体性的2H相和半金属性的1T'相），赋予了这类材料更加丰富的晶体结构和材料性质。

图2. Janus TMDCs及其异质结的结构。

二维非对称半导体的可控制备是其性质研究和应用开发的基础。“室温原子层替代法”通过远程引入高活性的氢等离子体自由基，显著降低了反应能垒。在单原子层尺度下温和地实现了M-X键的断裂和M-Y键的生成，为制备二维非对称半导体提供了新的路径。同时，室温制备便于与微纳加工工艺兼容，为进一步合成多样化的二维异质结构提供了可行性。

图3. Janus TMDCs 及其面内异质结的合成。

 Janus TMDCs独特的晶体结构赋予其众多新奇的性质。与传统TMDCs相比，Janus TMDCs在非线性光学领域展现出优异的二次谐波（SHG）和高次谐波（HHG）响应。特别是其1T'相，在THz频段有更为显著的非线性光学特性。此外，由于打破了反演对称性，Janus TMDCs表现出良好的面外压电特性，有望应用于压电传感器。而其天然的内建电场能有效促进电子-空穴对的分离，不仅可以提升TMDCs的催化活性，而且在体光伏效应和光电探测器等领域展现出巨大潜力。

图4. Janus TMDC 的特性和潜在应用。

最后，作者展望了这类半导体材料未来的发展方向。Janus TMDCs凭借其固有的面外对称性破缺，为二维材料在原子尺度的精准调控提供了新的策略。目前，对于这类材料的研究方兴未艾。如何实现高质量、大面积的非对称材料的合成；如何开发更多种类的Janus二维材料（如：不同的元素组成、拓扑结构）；如何推动这类材料在非线性光学、光电子学、催化等领域的广泛应用是该领域广泛关注的问题。

该论文的第一署名单位为浙江大学化学系，郭芸帆研究员课题组的硕士研究生郑雪秋为本文第一作者，郭芸帆研究员为本文通讯作者。本研究受到科技部重点研发计划和国家自然科学基金等项目的支持。

原文链接： https://doi.org/10.1021/accountsmr.4c00236

文字：郭芸帆研究员课题组

编辑：黄珍珍、邹尔纯

审核：林旭锋