最近，二维金属氧化物因其卓越的空气稳定性、高介电常数和优异的电子、光电、磁电特性而引起了研究人员的兴趣。例如，高κ二维材料Sb2O3是构建高性能2D场效应晶体管（FET）的优良介电层，具有突出的64 mV dec-1的低亚阈值摆幅（SS）和高达108的高开/关比。在金属氧化物家族中，层状氧化钼（α-MoO3）具有高介电常数、宽间隙带（>3 eV）和比较大的电子亲和力等特点，有望成为构建高性能忆阻器的优秀候选材料。尽管二维MoO3晶体的高κ常数和空气稳定性使其在忆阻器应用中具有巨大的潜力，但制备高晶体质量、厚度可控和易转移的二维MoO3晶体到目前为止还是个挑战。对于忆阻器来说，低功耗是一个非常重要的要求，也是后摩尔时代器件应用的关键词。而忆阻器的功能层厚度越大，其所需要消耗的功耗越高，所以需要薄层的二维材料作为忆阻器的功能层。但是质量最好的二维MoO3晶体通常是通过块状单晶的机械剥离得到的，关键词为效率低、尺寸小、随机性强等。在之前的研究中，Gao Xuan P. A. 等通过物理气相沉积的方法生长了厚度为5-15 um之间的MoO3s晶体用作WSe2 场效应晶体管的栅极介电层，Li Xuesong 等使用物理气相沉积的方法生长厚度为2um左右的二维MoO3晶体用作为光电探测器。Gwan-Hyong Lee 等在多层石墨烯衬底上生长了1.4 nm厚的MoO3晶体，然而其生长的MoO3尺寸大小受到限制，难以制作器件。过往减薄的方法如等离子体处理、化学刻蚀、机械剥离、电子束辐照等具有一些难以克服的缺陷，包括非均匀性、材料受损、缺陷和大量的时间或者经济成本。所以如何直接生长易转移的高质量大尺寸的二维三氧化钼晶体成为了一个有意义又具有挑战的问题。
为此，温州大学化学与材料工程学院王佩剑副教授-张礼杰教授团队结合课题组长期从事于二维材料的生长，对该反应体系进行了探索。该团队报道了首例通过等离子体对衬底进行前处理，生长层数具控制性且直立生长的超薄MoO3晶体，且具有一定普适性，可以扩展到其他氧化物体系如Sb2O3、Bi2O3。同时使用了第一性原理理论计算解释了其生长机理。该方法可以较大程度地减少二维金属氧化物的厚度。以产物制作后摩尔忆阻器器件后发现忆阻器的开启电压减少4倍以上，引起功耗的显著下降。 在新型二维材料可控生长和后摩尔新型信息器件忆阻器应用方面展现出很大的潜力。
本论文以“Thinner 2D α-MoO3 makes setting up memristors easier”为题发表在中科院一区知名期刊《Journal of Materiomics》上。以温州大学为第一通讯单位，温州大学化材学院王佩剑副教授和张礼杰教授为通讯作者，第一作者为化材学院2021级研究生洪煜堃。本研究工作得到国家自然科学基金委（51902061, 52072272, 62090031)资助完成。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmat.2024.01.012
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