本书由活跃在二维材料领域第一线的研究者执笔。全书共有6章内容，开篇介绍二维材料领域的研究动向。随后以石墨烯、过渡金属二硫族化合物为中心，详细阐述其在晶体管、传感器、光电器件等多方面的应用研究，展示二维材料在不同领域的巨大潜力。书中还聚焦异质结构新进展，包括堆叠异质结构制作、直接生长等技术。在测量与合成技术板块，本书介绍了TEM、ARPES、拉曼光谱等先进测量手段，以及多种材料合成的前沿技术，如石墨烯、TMDC等的CVD生长方法。本书内容丰富，为读者呈现了二维材料从研究动态到应用技术的全景，是二维材料研究领域极具价值的参考书。本书适合二维材料相关专业的研究人员、学者、高校教师和高年级学生阅读。

目　 录
主编·笔者名单
前言
第1章　世界与日本的研究动向 1
1.1　创造有利于二维功能性原子和分子薄膜制备及应用的基础技术 3
1.2　日本石墨烯联盟 4
1.3　日本氧化石墨烯研究会 6
1.4　日本富勒烯-纳米管-石墨烯学会 8
第2章　以石墨烯为中心的应用研究 11
2.1　完全二维层状双层石墨烯异质结晶体管 11
2.2　石墨烯、石墨烯纳米带的晶体管和传感器应用 19
2.3　石墨烯高频晶体管 28
2.4　石墨烯光传感器 35
2.5　纳米碳太赫兹装置 42
2.6　石墨烯等离子体的应用 55
2.7　透明电极应用 61
2.8　石墨烯的生物传感器应用 67
2.9　堆叠二维材料在纳米机电系统中的应用 73
2.10　MEMS传感器 79
2.11　氧化石墨烯：从多功能性到应用 87
2.12　基于自组装的石墨烯三维结构制备及其生物界面应用 104
第3章　以过渡金属二硫族化合物为中心的应用研究 113
3.1　TMDC半导体器件 113
3.2　理解MoS2 FET中的栅极电容 122
3.3　隧道FET应用 130
3.4　离子凝胶晶体管和光接收、发光器件 138
3.5　热电应用 146
3.6　电解液流体电动势的产生和应用 154
第4章　异质结构的新进展 161
4.1　二维异质结构的直接生长 161
4.2　使用转印法的CVD石墨烯/高温高压合成h-BN的形成和电传导特性 168
4.3　范德华结中的量子传导 179
4.4　堆叠异质结构的晶体生长和光学响应 187
4.5　二维材料以及堆叠异质结构的光物理性质 194
第5章　最先进的测量技术 201
5.1　二维材料TEM、STEM观察技术与可能性 201
5.2　使用ARPES的二维原子层材料电子状态测量 211
5.3　利用拉曼光谱分析二维材料的结构和电子状态 220
5.4　LEEM 228
5.5　STM 236
5.6　基于近场光谱和场效应组合的原子层材料局部光物理性质研究 245
5.7　锁相红外热成像法 252
第6章　材料合成的前沿技术 261
6.1　对石墨烯化学气相成长机制的实时观察和分析 261
6.2　高品质石墨烯的CVD生长 267
6.3　石墨烯的实用合成技术 274
6.4　氧化石墨烯的合成与还原 283
6.5　TMDC的CVD生长 291
6.6　过渡金属二硫族化合物和异质结构的MBE生长 300
6.7　h-BN的晶体生长 312
6.8　大面积h-BN的CVD生长 319
6.9　以单晶为基轴的新一代原子层研究 328
6.10　黑磷超薄膜的电子结构和物性 338
6.11　Ⅳ族原子薄层的合成与物性 344
6.12　MXene的合成与物性 350
6.13　分子性纳米薄层的精密合成及其物性评估 354
6.14　新奇的多维度π电子系统的材料设计与物性探索 361
6.15　二维钙钛矿 367
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2004年，物理学家们通过采用胶带进行机械剥离这一极为简易的方法，从石墨衬底上剥离出石墨烯，此后，这种仅有原子厚度的极薄二维薄层（这里称为二维材料）因其低维结构而产生的各种独特物理性质、优秀的光电特性、延展性、稳定性以及多种应用可能性，形成了极具潜力的研究领域。起初，由于石墨烯具有材料中最高的载流子迁移率，所以相关研究主要围绕石墨烯展开。但近年来的研究主要围绕过渡金属二硫族化合物、六方氮化硼、硅烯、黑磷等为代表的二维磁性材料、超导体、拓扑绝缘体和有机二维薄层等材料展开，这些材料的多样性有着质的飞跃，同时研究还涉及新的物理、化学、材料科学方面的学术理论。
　　更值得关注的是，随着这些二维材料的转印法和合成法的发展，多种多样的二维材料的堆叠已经成为可能。以范德华力（分子间作用力）堆叠而得的二维材料中的层间激子、原子层之间的p-n结和隧穿等独特的物理性质被大量报道。由于这些二维材料都是通过范德华力堆叠而成，不受晶格常数的限制，因此材料的选择范围非常宽，甚至可以具有层间旋转取向的自由度。最近，在有效利用了堆叠自由度的双层石墨烯上，通过超导和由莫尔纹形成的周期性长距离电位实现了物理性质调制等方面的重大突破。这表明，今后二维材料的科学发展将迈上一个新的台阶。事实上，关于二维材料的论文正逐年增多，如雨后春笋般涌现出来。
　　日本成立了新学术领域"原子层科学"（领域代表，斋藤理一郎，2013-2017年度），以合成、理论、物理性质为中心开展了跨领域融合研究。另外，JST CREST也开展了基于战略目标的项目"创造有利于二维功能性原子和分子薄膜制备与利用的基础技术"（研究总负责，黑部笃，2014-2020年度）。为了今后继续探索科学前沿，并进一步拓展目前所得到的真知灼见，回馈社会，我认为推进这样的创新性研究是极其重要的。
　　本书由活跃在各领域第一线的研究者执笔，在总结"原子层科学"成果的同时，以面向未来的二维材料应用的可能性、二维堆叠结构这些新兴话题为中心，进一步讨论支撑这些理论的评估技术、合成技术。从这个意义上讲，本书除了主要讲述二维材料本身的多样性和优异特征外，还期待对于通过堆叠、面内接合等各种各样的组合和集成化带来新的范式进行探讨。此外，在第1章中还特别尝试介绍了国际上正在进行的项目和学会活动。我们想这可以让大家了解到这一领域正在世界上引起关注，相关研究正在积极地开展。同时，衷心感谢赞同本书宗旨，在百忙之中提笔写作的众多研究者。我们殷切期待本书能对二维材料研究的下一个阶段研究开发有所帮助，同时也能吸引来自不同领域的新研究人员加入，形成更广泛、更活跃、更先进的研究领域。
　　
九州大学　吾乡浩树
日本东北大学　斋藤理一郎