超构材料和二维材料是当前具有潜力的两种新型微纳光电子材料。其中超构材料可实现对电磁波振幅、相位、偏振、速度等性质的灵活调控，有望在通信领域产生重要应用价值。而具有超薄原子层厚度的二维材料被认为是实现下一代高性能电子、光电子器件的变革性材料。二维材料在面向6G的可见光通信领域已表现出不俗的潜力，且其体积小、集成度高、功耗低等特点与6G光子学未来的发展契合。本书汇集了国内外超构材料和二维材料领域的进展，以专业的视角和通俗的语言，系统地归纳总结了超构材料和二维材料及其器件应用的重要成果。

第1章 绪论 001
1．1　引言　001
1．2　超构材料　003
1．2．1　超构材料的兴起　003
1．2．2　超构材料的丰富应用场景　005
1．3　二维材料　010
1．3．1　二维材料的兴起　010
1．3．2　二维材料的分类　011
1．3．3　二维材料丰富的应用场景　013
参考文献　026

第2章　三维超构材料　035
2．1　负电响应及负磁响应　035
2．2　负折射效应　038
2．3　零折射率超构材料　039
2．4　光学超分辨成像　041
2．5　梯度超构材料及其光学调控　044
参考文献　048

第3章　二维均匀型电磁超构表面　051
3．1　电磁波相位调控　052
3．2　电磁波振幅调控　056
3．3　电磁波偏振调控　062
3．4　可调超构表面　064
参考文献　067

第4章　二维梯度型电磁超构表面　073
4．1　广义斯涅耳定律　073
4．2　三维传输波到二维表面波的相互耦合　076
4．3　几何相位超构表面　079
4．4　非均匀型超构表面的应用　082
4．4．1　平面透镜　082
4．4．2　超薄电磁隐身衣　086
4．4．3　特殊光束激发　088
4．4．4　超构表面全息成像　091
4．4．5　片上光场调控　094
参考文献　096

第5章　典型二维材料的结构与性能　103
5．1　石墨烯　103
5．1．1　石墨烯电子能带结构　104
5．1．2　石墨烯电学输运性能　106
5．1．3　石墨烯的热稳定性　107
5．1．4　石墨烯的机械性能　108
5．1．5　石墨烯的光电子学性能　110
5．2　二维过渡金属硫族化合物　111
5．2．1　过渡金属硫族化合物原子排列与能带结构　111
5．2．2　过渡金属硫族化合物电子学特性　114
5．2．3　过渡金属硫族化合物光电子学特性　115
5．2．4　过渡金属硫族化合物谷电子学特性　120
5．3　BP　122
5．3．1　BP原子结构和能带　122
5．3．2　BP电学各向异性　124
5．3．3　BP光学各向异性　126
5．3．4　BP光电器件　128
5．4　二维材料性能调控　130
5．4．1　外部电场对二维材料性能调控　131
5．4．2　应力场对二维材料性能调控　134
5．4．3　掺杂对二维材料性能调控　136
参考文献　138

第6章　基于二维材料的范德华异质结构　147
6．1　引言　147
6．2　二维范德华异质结构的制备方式　148
6．2．1　机械转移法　149
6．2．2　化学合成法　151
6．3　二维范德华异质结构的性质　158
6．3．1　二维异质结构能带结构　159
6．3．2　二维异质结构光电子学特性　161
6．3．3　二维异质结构的先进性　164
6．4　二维范德华异质结构的性能调控　167
6．4．1　外部电场对二维范德华异质结构的性能调控　167
6．4．2　应力对二维范德华异质结构的性能调控　169
6．4．3　堆叠角度对二维范德华异质结构的性能调控　173
参考文献　174

第7章　二维材料制备与表征　179
7．1　引言　179
7．2　二维材料的制备方法　180
7．2．1　自上而下制备工艺　180
7．2．2　自下而上制备工艺　182
7．3　高质量大面积二维材料的合成　183
7．3．1　石墨烯　183
7．3．2　TMDC　185
7．3．3　BP　189
7．4　二维材料常用表征技术　190
7．4．1　形貌表征技术　190
7．4．2　晶体结构与化学成分表征技术　200
7．4．3　能带结构表征技术　203
7．4．4　光学性质表征技术　207
参考文献　212

第8章　基于二维材料的微纳电子器件　219
8．1　二维材料应用于大规模集成电路　220
8．1．1　大规模集成电路的发展与瓶颈　220
8．1．2　二维材料用于极小尺寸的晶体管　221
8．1．3　基于二维材料的环栅晶体管　223
8．1．4　硅 二维材料异质叠层互补晶体管　228
8．2　基于二维材料的低亚阈摆幅器件　232
8．2．1　传统CMOS发展的功耗问题及低亚阈摆幅器件　232
8．2．2　隧穿场效应晶体管的原理及发展　236
8．2．3　基于二维材料的隧穿场效应晶体管　238
8．3　基于二维材料的高频晶体管　244
8．3．1　高频晶体管简介　244
8．3．2　BP高频晶体管　245
8．3．3　石墨烯高频晶体管　249
参考文献　252

第9章　基于二维材料的光电探测器　259
9．1　光电探测器基本性能指标　260
9．2　光电二极管型探测器　262
9．2．1　异质结构光电二极管　262
9．2．2　同质结光电二极管　265
9．3　光电晶体管型探测器　267
9．3．1　光电栅极及光电导器件　267
9．3．2　基于可控光电栅极的光电晶体管　269
9．4　基于多栅极结构的界面耦合光电探测器　271
9．4．1　薄膜晶体管的界面耦合效应及其在光电探测器的应用　271
9．4．2　基于MoS2的界面耦合光电探测器　273
9．5　可调频谱及波长光电探测器　274
9．5．1　基于MoS2 硅的异质结构型场效应晶体管及其栅控频谱特性　274
9．5．2　基于MoS2 硅的多栅场效应晶体管用于波长探测　277
9．6　感存算一体化光电探测器/芯片　279
9．6．1　硅 MoS2异质“一步式”光电探测器　279
9．6．2　MoS2视觉增强图像传感器　281
参考文献　285

第10章　新型微纳光电子材料在可见光通信中的应用与展望　289
10．1　超构表面在可见光通信中的应用　289
10．2　二维材料在可见光通信中的应用　294
10．2．1　二维材料在可见光通信光发射器件中的应用　295
10．2．2　二维材料在可见光通信光接收器件中的应用　305
10．3　展望　309
参考文献　310