物理學(xué)家很快開發(fā)出該物質(zhì)的許多應(yīng)用特性，從制作可彎曲屏幕到能源儲(chǔ)存。但不幸的是，石墨烯并不適用于數(shù)字電子學(xué)領(lǐng)域。而對(duì)于這一領(lǐng)域而言，理想材料是半導(dǎo)體。

不過，Geim和Novoselov在制作石墨烯方面獲得的成功激勵(lì)了其他研究人員。Kis等人開始探索可替代的二維材料。于是，他們瞄準(zhǔn)了TMDC。到2010年，Kis團(tuán)隊(duì)利用TMDC二硫化鉬制出了首個(gè)單層晶體管，并預(yù)測(cè)有一天這些設(shè)備能提供柔性電子。2010年的諸多研究顯示，二硫化鉬能有效吸收和發(fā)射光，使其有望用于太陽能電池和光電探測(cè)器。

法國(guó)圖盧茲物理和化學(xué)納米實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家Bernhard Urbaszek表示，單層TMDC能捕獲超過10%的攝入光子，這對(duì)于3個(gè)原子厚度的材料而言是一個(gè)不可思議的數(shù)字。這也幫助他們解決了另一個(gè)問題：將光轉(zhuǎn)化為電。當(dāng)光子撞到這個(gè)三層晶體管上時(shí)，能推動(dòng)電子穿越能隙，并允許其穿過一個(gè)外部電路。每個(gè)自由電子會(huì)在該晶體中留下一個(gè)真空區(qū)，這里是電子本來的位置—— 一個(gè)帶正電荷的洞。加上電壓后，這些洞和電子會(huì)向不同的方向循環(huán)，從而產(chǎn)生一個(gè)電流凈流。

該過程還能被逆轉(zhuǎn)，即將電轉(zhuǎn)化為光。如果電子和真空洞被從一個(gè)外部環(huán)路注入TMDC，當(dāng)它們相遇時(shí)就會(huì)再次組合然后釋放光子。這種光電相互轉(zhuǎn)化的能力使得TMDC有望被用于利用光傳輸信息、用作微小的低功率光源，甚至激光。

不過，二硫化鉬的電子遷移速率仍然不夠高，很難在擁擠的電子市場(chǎng)中具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。其原因是這種材料的結(jié)構(gòu)特征，電子在其內(nèi)部移動(dòng)時(shí)，碰到較大的金屬原子后會(huì)在其結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生彈離，從而降低遷移速度。

今年，4個(gè)不同的研究小組均發(fā)現(xiàn)，TMDC二硒化鎢能吸收和釋放單個(gè)光子。Urbaszek提到，而量子密碼和通訊領(lǐng)域正是需要這樣的發(fā)射器，當(dāng)你“按下按鈕，就能得到一個(gè)光子”。現(xiàn)有的單光子發(fā)射器通常由塊狀半導(dǎo)體制成，而二維材料將更小且更容易與其他設(shè)備集成。

元素偏移

也有研究小組正在探索元素周期表的不同部分。張遠(yuǎn)波小組和美國(guó)普渡大學(xué)的Peide Ye研究組，在去年成功制備了基于新型二維晶體黑磷的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件。這一新型二維半導(dǎo)體材料是繼石墨烯、二硫化鉬之后的又一重要進(jìn)展，為二維晶體材料家族增添了一位新成員。

黑磷是磷的一種同素異形體，是由單層的磷原子堆疊而成的二維晶體。與石墨烯最大的不同是，黑磷有一個(gè)半導(dǎo)體能隙，而且比硅烯更穩(wěn)定。黑磷的半導(dǎo)體能隙是個(gè)直接能隙，將增強(qiáng)其和光的直接耦合，讓黑磷成為未來光電器件（例如光電傳感器）的一個(gè)備選材料。

不過，與其他純?cè)囟S材料一樣，黑磷能與氧氣和水發(fā)生非常強(qiáng)的反應(yīng)?！霸?4小時(shí)后，我們可以看到材料表面的氣泡，然后整個(gè)設(shè)備在數(shù)日內(nèi)就會(huì)失效?！钡弥荽髮W(xué)奧斯汀分校二維黑磷單晶專家Joon-Seok Kim說。如果要使其持續(xù)數(shù)小時(shí)，就需要將它夾在其他材料層之間。這種天然的不穩(wěn)定性，使制造設(shè)備十分困難。因此，法國(guó)艾克斯·馬賽大學(xué)物理學(xué)家Guy Le Lay預(yù)計(jì)，目前有關(guān)黑磷的80%的論文仍停留在理論階段。

而且，中國(guó)臺(tái)灣新竹“國(guó)立清華大學(xué)”材料學(xué)教授Yi-Hsien Lee也表示，二維黑磷單晶之所以獲得一些研究人員的青睞，是因?yàn)檫@種材料易于上手——像石墨烯那樣，可以輕而易舉地用透明膠帶剝落黑鱗的薄片。“這是同一種方法。但這并不意味著，二維黑磷單晶前景大好?！?/p>

盡管如此，張遠(yuǎn)波和Ye在制造黑磷晶體管方面仍取得成功。而且，今年首個(gè)硅烯晶體管問世。兩年前，科學(xué)家曾指出，現(xiàn)有技術(shù)無法制造硅烯晶體管?！耙虼?，預(yù)測(cè)未來通常十分危險(xiǎn)?！盠e Lay開玩笑稱。但Le Lay認(rèn)為仍有困難難以克服。

正當(dāng)一些物理學(xué)家在尋找新二維材料，并試圖弄清其特性時(shí)，其他人則在將它們夾在一起。“與試圖選出一種材料并說這是最好的不同，或許最好的方法是將它們以某種方式結(jié)合在一起，以便它們不同的特性能被適當(dāng)應(yīng)用?！盞is說。這可能意味著，堆積不同的二維材料，制成微小、密集三維環(huán)路。