刘开辉

作者用各种外延生长技术分析了典型二维vdW材料的缺陷水平和晶体质量的测量。然后，作者概述了生长均匀多层和扭曲同质结构的技术路线。作者进一步总结了当前的研究策略，以指导未来2D vdW材料的按需制造以及后续工业应用的器件制造。

使用基于 qPlus 的原子力显微镜直接成像了石墨烯和六方氮化硼表面二维水岛的原子结构和传输。由于表面静电不同，水岛的晶格与石墨烯表面不相称，但与氮化硼表面相称。石墨烯上的面积归一化静摩擦力随着水岛面积以 ~-0.58 的幂级数增加而减小，这表明存在超润滑行为。相比之下，氮化硼上的摩擦力似乎对面积不敏感。分子动力学模拟进一步表明，水岛在石墨烯上的摩擦系数可降至小于 0.01。

双层石墨烯之所以具有如此优异的防腐性能，是因为它具有非同一般的金纳斯掺杂效应，其中重度掺杂的底层与铜形成了强烈的相互作用，限制了界面扩散，而近乎电荷中性的顶层则表现为惰性，减轻了电化学腐蚀。我们的研究可能会拓展铜在各种极端工作条件下的应用场景。

刘开辉首先从凝聚态物理与低维材料的概念引入，依次介绍了理想二维材料的定义、二维材料稳定存在的可能性以及石墨烯研究热潮的兴起及应用价值。随后，刘开辉详细讲述了单层石墨烯及厚层石墨烯的制备策略：对于单层石墨烯，研究证明多核协同生长的路径最为有效，并成功实现了米级单晶单层石墨烯的制备；对于厚层石墨烯，面对二维材料难以长厚的困境，刘开辉及其团队迎难而上，通过类比“牛吃草挤奶”，最终设计出“单晶镍吃碳渣，长黑金”的方式，成功实现了十万层厚石墨的生长。从大尺寸、高质量单层单晶石墨烯的制备，再到十万层单晶石墨的突破，刘开辉和他的团队一直坚持不懈、不忘初心、信念坚定，最终取得了国际领先的科研成果。

单晶石墨烯可以做成厚层单晶石墨吗？这属于一个“破镜重圆”级别的难题。石墨经过反复剥离可以轻松得到单层石墨烯；但若想把剥离下来的石墨烯再重组成单晶石墨，必将极其困难！单晶石墨极难制备的深层次物理根源在于：石墨烯是二维层状材料，其层内是强的共价键结合，而层间是弱的范德瓦耳斯耦合。这一弱范德瓦耳斯作用一方面使得石墨材料具有易解理性(例如可以轻易地利用石墨芯铅笔写字)，但另一方面也使得单晶石墨烯很难堆叠成厚层单晶石墨。正因为如此，在自然界中存在天然的单晶金刚石，但是并不存在单晶石墨(图1)。

实验结果表明，石墨烯光子晶体光纤可以选择性地检测浓度为ppb级的二氧化氮气体，并在液体中表现出离子敏感性。石墨烯光子晶体光纤与光纤通信系统的波分、时分复用技术结合后，将为在环境问题中实现分布式光学传感提供巨大的潜力和机会。

本文开发了一种有效的策略来制备厘米级的任意扭角(精度<1.0°)的TBG。精确的角度控制是通过从两个预定位的单晶Cu(111)箔的角度复制形成Cu/TBG/Cu夹心结构来实现的，然后通过特定的等电势表面刻蚀工艺从该结构中分离出TBG。通过全面的表征技术(即光学光谱、电子显微镜、光电子能谱和光电流光谱)，本文清楚地证明了扭角的准确性和一致性。本文的工作为大规模二维扭曲双层的设计和制备开辟了一条途径，从而为未来扭转电子学在大规模集成的应用奠定了基础。