随着硅基半导体器件微缩逐步逼近物理极限，产业界正寻求可支撑更高集成度与更低功耗的新材料体系。仅有一个原子厚度的二维（2D）半导体因其电子与光学特性受到关注，但如何稳定、可控地生长高质量二维晶体仍是关键难题。

日本冈山大学电气与通信工程系研究助理教授铃木浩夫带领的团队，与信州大学久间薰博士、庆应义塾大学藤井瞬博士合作，近期通过原位观察手段在原子尺度上直接记录了二维材料的生长过程。研究人员在微受限反应空间内获取了单层过渡金属二硫族化物（TMDCs）形成的实时图像。相关成果于2025年12月12日发表在《Advanced Science》。

研究团队此前已利用基底叠层微反应器实现大面积单层TMDC单晶的合成，并能稳定获得高质量材料，但受限空间内的具体生长机制仍缺乏直接证据。铃木浩夫表示，若无法理解晶体如何形成，就难以面向特定器件应用进行可靠的材料设计。

为厘清机制，研究人员开发了红外加热化学气相沉积系统，用于实时追踪晶体生长，并通过调控前驱体浓度与硫供应条件，识别出多种具有不同形态与行为特征的生长模式。在部分条件下，晶体呈现传统三角形形貌；在另一些条件下，较大的六边形晶体快速扩展，同时熔融前驱体液滴沿晶体边缘积聚；在富硫环境中则出现带状晶体，并会随基底原子级特征发生弯曲与转向。

研究还重点记录了熔融前驱体液滴的动态行为。团队观察到，硫的掺入会降低前驱体的熔点与表面张力，从而提升液滴流动性；液滴在表面张力梯度作用下发生迁移，即马兰戈尼效应，并在迁移过程中持续向生长中的晶体输送物质。久间薰表示，液滴移动并直接参与晶体生长的原位证据，使团队得以确认此前主要基于推测的生长机制。

研究人员指出，该工作揭示了晶体形状与质量对生长条件的依赖关系，为更高精度地调控二维半导体生长提供了可操作的思路，并有助于推动相关材料在下一代电子器件中的应用探索。铃木浩夫表示，直接观察是实现材料可控生长的重要途径，通过理解二维半导体的生长过程，有望在原子层面开展器件材料设计。