晶體對(duì)稱(chēng)性控制著局部原子配位和鍵合環(huán)境，是本質(zhì)上決定材料功能的最重要組成部分之一。然而，由于晶體中具有各向同性的強(qiáng)共價(jià)/離子鍵，工程晶體對(duì)稱(chēng)性并不簡(jiǎn)單。

層狀二維（2D）材料為晶體工程提供了理想的平臺(tái)，因?yàn)閷娱g對(duì)稱(chēng)操作比較簡(jiǎn)便。然而，由于垂直于Z方向滑動(dòng)很容易，控制晶體對(duì)稱(chēng)性仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

2024年12月30日，北京大學(xué)趙曉續(xù)研究員、天津大學(xué)耿德超教授在國(guó)際知名期刊Nature Communications發(fā)表題為《Atomically engineering interlayer symmetry operations of two-dimensional crystals》的研究論文，碩士生韓紫怡、吳勝?gòu)?qiáng)、Chun Huang為論文共同第一作者，趙曉續(xù)研究員、耿德超教授為論文共同通訊作者。

趙曉續(xù)，北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究員/助理教授。2014年獲得新加坡南洋理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位；2018年博士畢業(yè)于新加坡國(guó)立大學(xué)，導(dǎo)師：Stephen J. Pennycook & Loh Kian Ping教授；隨后留校從事博士后研究（合作導(dǎo)師: Stephen J. Pennycook & Andrew T.S. Wee教授）；2020-2022年在新加坡南洋理工大學(xué)作校長(zhǎng)博士后（合作導(dǎo)師: Liu Zheng教授）；2022年加入北京大學(xué)。

趙曉續(xù)研究員主要從事球差掃描透射電鏡技術(shù)和低維材料生長(zhǎng)，在低維量子材料亞原子尺度的結(jié)構(gòu)解析、人工構(gòu)筑與物性調(diào)控方向開(kāi)展了系統(tǒng)研究，迄今在Nature、Nat. Nanotechnol.、Nat. Synth.,等高水平期刊發(fā)表SCI論文140余篇。論文被引超過(guò)11,000余次。

耿德超，天津大學(xué)理學(xué)院教授，國(guó)家高層次人才。2009年本科畢業(yè)于聊城大學(xué)，2012年和2015年在中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所取得碩士學(xué)位（導(dǎo)師：劉云圻院士）和博士學(xué)位（導(dǎo)師：于貴研究員，劉云圻院士）。2015-2019年先后在新加坡國(guó)立大學(xué)（導(dǎo)師：Loh Kian Ping教授）、新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)（導(dǎo)師：Yang Hui Ying教授）進(jìn)行博士后研究工作，2019年加入天津大學(xué)任教授。

耿德超教授長(zhǎng)期從事石墨烯等二維材料的可控制備、性能調(diào)控及應(yīng)用探索的研究，在上述學(xué)習(xí)工作期間取得了一系列重要成果，已在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論40余篇。

在此，作者提出了一種襯底引導(dǎo)生長(zhǎng)機(jī)制，通過(guò)化學(xué)氣相沉積原子制備AB’堆疊SnSe₂超晶格，其中包含具有周期性層間鏡像和滑動(dòng)對(duì)稱(chēng)操作的交替SnSe₂片。

一些高階相位，例如6?R、12?R和18?C，可以通過(guò)這種方法訪(fǎng)問(wèn)，并且表現(xiàn)出第一原理計(jì)算所建議的調(diào)制非線(xiàn)性光學(xué)響應(yīng)。來(lái)自云母基底的電荷轉(zhuǎn)移穩(wěn)定了高階SnSe₂相。

作者的方法展示了一種通過(guò)堆疊電子學(xué)實(shí)現(xiàn)拓?fù)湎嗟挠星巴镜牟呗浴?/span>

圖1：控制合成AA堆疊和AB′堆疊SnSe₂

圖2：AA堆疊和AB′堆疊SnSe₂的原子分辨率圖像

圖3：生長(zhǎng)SnSe₂新相的底層機(jī)制

圖4：原子結(jié)構(gòu)分析及相關(guān)自發(fā)SHG

圖5：通過(guò)各種層間對(duì)稱(chēng)操作誘導(dǎo)的SnSe₂堆疊多型體譜

綜上，作者研究了通過(guò)襯底引導(dǎo)生長(zhǎng)機(jī)制原子級(jí)制備AB′堆疊的SnSe₂超晶格，這些超晶格具有周期性的層間鏡像和滑動(dòng)對(duì)稱(chēng)操作，能夠?qū)崿F(xiàn)更高階相如6R、12R和18C，并展示出調(diào)制的非線(xiàn)性光學(xué)響應(yīng)。

研究團(tuán)隊(duì)提出了一種通過(guò)堆疊電子學(xué)實(shí)現(xiàn)拓?fù)湎嗟挠邢Ｍ牟呗?，不僅加深了對(duì)2D材料晶體對(duì)稱(chēng)性調(diào)控的理解，而且為設(shè)計(jì)新型光電材料和器件提供了新的方法。

該研究為精確控制2D材料的晶體對(duì)稱(chēng)性提供了一種新的方法，對(duì)于理解和設(shè)計(jì)新型材料的電子、光學(xué)和磁性能具有重要意義。未來(lái)其有望應(yīng)用在非線(xiàn)性光學(xué)、高頻神經(jīng)刺激應(yīng)用、鋰離子電池負(fù)極材料等領(lǐng)域，為進(jìn)一步探索和開(kāi)發(fā)新型2D材料提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具。

Han, Z., Wu, S., Huang, C.?et al.?Atomically engineering interlayer symmetry operations of two-dimensional crystals.?Nat. Commun., ?(2024).