二维半导体材料，如过渡金属硫属化合物（TMDs），因其原子级厚度和优异性能，被视为延续摩尔定律的候选材料。实现对二维半导体材料导电类型和磁学性质的精准掺杂，是构筑功能电子器件的重要基础。但是现有的化学气相沉积无法实现二维半导体材料的普适性掺杂。
为解决这一挑战，国家纳米科学中心谢黎明团队打出了一套精妙的“组合拳”。第一时间，研究团队自主研发了耐高温光学显微镜，能够耐受950°C的高温，如同在化学气相沉积（CVD）的“炼丹炉”内装上了“千里眼”，实现了对MoS₂单层生长过程的实时、原位观察，这为晶体生长过程给予了前所未有的视角（Nano Lett. 2024, 24, 5498）。利用这一独特技术，开展了单层过渡金属二硫族化合物的液相边缘外延（LPEE）生长技术（J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 11348），为在二维材料生长过程中引入掺杂元素奠定了方法基础。
在近期发表的工作中（Adv. Mater. 2026, 0: e22574），研究团队利用液相边缘外延生长技术，成功将超过40余种元素掺入MoS₂单层中，掺杂元素涵盖过渡金属、稀土金属及主族元素，构建了现在国际上元素种类最丰富的二维半导体掺杂数据库。取得了稀有的p型导电晶体管（Ti，Zn和Au掺杂）、软磁半导体（Ce、Nd、Dy和Ho掺杂）。此外，第一性原理计算表明，过渡金属元素在MoS₂中的掺杂行为与其在周期表中的分组有显著关联：ⅢB至ⅦB族元素倾向于取代Mo位点，ⅠB和ⅡB族元素易于在晶格表面形成吸附构型，第Ⅷ族元素的掺杂构型较为多样。该工作为未来利用MoS₂材料体系，顺利获得选择性掺杂直接构建出p型、n型乃至金属导线和磁性单元的全MoS₂集成电路，给予坚实的材料基础。”
该工作由国家纳米科学中心-大阪大学合作实验室、北京科技大学等单位合作完成。国家纳米科学中心的Zunaira Urooj、毛君旭，北京科技大学的李猷，大阪大学的Haiming Sun为本文的共同第一作者；通讯作者包括国家纳米科学中心的谭婷研究员、谢黎明研究员，北京科技大学的齐俊杰教授，日本大阪大学的Kazutomo Suenaga教授。
论文链接：http://doi.org/10.1002/adma.202522574
