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导电性二维(2D)材料由于其独特的性质，具有开辟科学技术新途径的潜力，是目前物理学和化学研究的热点。此外，不同二维材料的组合，称为异质结构，扩大了其电学、光化学和磁性质的多样性。这可能导致创新的电子设备，无法实现单一的材料单独。
异质结构可以通过两种方式制造:垂直，材料堆叠在一起，或者横向，材料并排堆叠在同一平面上。横向布局提供了一个特殊的优势，将电荷载流子限制在一个平面上，为特殊的“平面内”电子设备铺平了道路。然而，侧结的构建是具有挑战性的。
在这方面，用称为“配位纳米片”的有机材料制成的导电二维材料很有前途。它们可以通过结合金属和配体来制造，从具有金属性质的如石墨烯和半导体性质的如过渡金属二硫族化合物，到具有绝缘性质的如氮化硼。
这些纳米片实现了一种称为金属化的独特方法。这样就可以合成具有“异质结”的横向异质结构，而这是通过直接反应无法实现的。异质结是两种具有不同电子特性的材料之间的界面，因此可以用作电子器件。
此外，通过利用协调纳米片的异质结，可以创造出传统二维材料难以实现的新电子特性。尽管有这些优点，但将金属转化作为一种制备异质结构的方法的研究仍然有限。
为了解决这一知识差距，由日本东京科技大学(TUS)科学技术研究所的Hiroshi Nishihara教授领导的一组来自日本的研究人员使用顺序金属化来合成Zn3BHT配位纳米片的横向异质结。
该团队包括同样来自美国的Choon Meng Tan博士、Naoya Fukui助理教授、Kenji Takada助理教授和Hiroaki Maeda助理教授。这项研究是由美国理工大学、剑桥大学、国家材料科学研究所(NIMS)、京都工业大学和日本同步辐射研究所(JASRI)共同研究的，于2024年1月5日发表在《Angewandte化学国际版》杂志上。
该团队首先制作并表征了Zn3BHT配位纳米片。接下来，他们研究了Zn3BHT与铜和铁的变形。Nishihara教授解释说:“通过在温和条件下将纳米片连续和有限的空间浸入水铜和铁离子溶液中，我们很容易制造出具有金属化铁和铜纳米片平面内异质结的异质结构。”
该方法是在室温常压下的溶液过程，从协调纳米片的制备到面内异质结的制备。该工艺与硅半导体光刻技术中使用的高温、真空、气相加工工艺完全不同。
这是一个简单而廉价的过程，不需要大型设备。挑战在于如何制造出不含杂质的高结晶薄膜。如果有洁净室和高度纯化的试剂，商业上可行的制造技术将很快实现。
研究人员获得的无缝异质结显示了电子电路中常见的整流行为。测试了二极管的特性，揭示了Zn3BHT配位纳米片的多功能性。这些特性可以很容易地改变，不需要任何特殊设备。此外，这种材料还可以只用一个配合片制造集成电路，而不需要任何不同材料的拼接。
Nishihara教授说:“从我们的方法中获得的超薄(纳米厚)整流元件将对超大规模集成电路的制造非常有用。同时，具有面内异质结的单原子层薄膜的独特物理性质可以导致新元素的发展。
此外，通过使用这种金属转化反应，可以创建具有各种电子特性的结，例如p-n, MIM(金属-绝缘体-金属)和MIS(金属-绝缘体-半导体)结。结合单层拓扑绝缘体的能力也将使新的电子器件成为可能，如电子分离器和多层器件，这些只是理论上的预测。
总的来说，这项研究提出了一种简单而强大的技术来制作横向异质结构，标志着二维材料研究迈出了重要的一步。
