由于层间耦合作用及量子效应，二维范德华材料及其异质结呈现出独特的物理特性，在电子与光电器件领域具有广泛的应用前景。为了进一步揭示其功能特性、探索新的物理现象，需要通过外界手段对其物性进行调制。从器件应用的角度来说，可逆/精确地调制二维材料及其异质结电子结构及物性对丰富器件性能、拓宽器件的应用至关重要。尽管常见的物性调制手段（如化学掺杂、应变工程、合金化、介电屏蔽等）能够有效改变材料的物性，并且取得了一些有意义的成果，但无法满足器件应用的要求。
二维范德华材料及异质结的层间为范德华力结合，并存在一定的间隙。通过电化学脱嵌手段，外界的离子、分子、原子等在电场作用下能够在层间移动，并与二维材料载体进行耦合，进而显著改变材料的电子结构与物性。相比于上述常见的物性调节手段，电化学脱嵌方法具有以下优势：通过改变电化学脱嵌参数，如电压、时间、脱嵌通道等，可以实现可逆、精确的控制电化学脱嵌过程；不受限于材料类型，从绝缘体、半导体、半金属到金属均可以使用；通过选择不同大小的离子或分子等，改变其与二维材料载体之间耦合作用，能够在大范围内改变材料的物性，有利于揭示新的物理现象；二维材料类型丰富，可以选择合适的二维材料构筑异质结界面，实现对脱嵌行为的选择性调制。
图1. (左) 几种典型的电化学脱嵌装置；(右) 电化学脱嵌-二维材料-器件应用
哈尔滨工业大学材料学院甄良/徐成彦教授团队综述了近年来利用电化学脱嵌手段调制二维材料及异质结物性等方面的工作。该综述首先介绍了几种典型的电化学脱嵌装置（图1左）及其优缺点，并重点介绍了固态离子电解质（solid ion conductor）在器件制备、测量与应用中的相容性与稳定性；随后总结了实时原位监测二维材料中电化学脱嵌过程的先进表征手段，如扫描探针技术、光谱技术、电学测量等，有利于深入理解层间离子脱嵌过程及机理。考虑到离子或分子脱嵌能够显著改变材料的电子结构（如载流子浓度、电子-电子或电子-声子相互作用等），导致二维材料中存在丰富的相变特征及其它物性的变化，该综述总结了外界离子或分子脱嵌对二维材料相变行为的调制（如金属-半导体、超导、电荷密度波、铁磁等），以及电化学脱嵌所诱发的二维材料物性变化在功能器件领域的应用（如热电、超晶格、电荷存储、忆阻器与类脑计算等）。最后，该综述展望了固态离子电解质及相应的场效应晶体管在器件领域的应用前景及存在的挑战，如固态电解质中的离子如何在界面处实现脱嵌过程、开发纳米尺度分辨率下实时检测离子脱嵌行为的新手段（如扫描探针技术与近场光谱技术）、探索高速低功耗的忆阻器与类脑计算等。
这一成果近期发表在Advanced Materials 上，论文第一作者是哈尔滨工业大学材料学院李洋副教授。
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Electrochemical Intercalation in Atomically Thin van der Waals Materials for Structural Phase Transition and Device Applications
Yang Li, Hang Yan, Bo Xu, Liang Zhen, Cheng-Yan Xu
Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202000581
来源：X一MOL资讯
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