计算机芯片内部集成了数十亿个由硅制成的微型晶体管，但硅材料本身正逐渐逼近物理极限。为了继续缩小器件尺寸并提升性能，研究人员开始尝试将其他材料与硅结合，构建新一代晶体管结构。其中，一类极薄的过渡金属二硫化物（TMD）材料备受关注。

以二硫化钼为例，它是当前最有前景的TMD候选之一。该材料仅有三原子层厚度：中间是一层钼原子，上下各夹着一层硫原子，结构极其精细。

在利用硅与TMD共同制造晶体管的过程中，工艺上往往需要只去除最上层的硫原子，同时保持下方的钼层和其余结构完好无损。工业上常用的方法是借助等离子体——一种构成太阳和恒星的物质形态，也是美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）过去75年来的研究重点。

当TMD材料在合适条件下暴露于等离子体中时，等离子体中的粒子会轰击材料表面，将部分原子击出晶格。难点在于：既要让撞击足够强，能有效去除顶层硫原子，又不能强到破坏下面的钼层。这种能量窗口非常狭窄，使得工艺优化变得十分困难。

研究团队通过计算机模拟发现，如果在二硫化钼表面预先引入一层氧或氟涂层，就能更容易控制这一过程，避免影响顶层以下的原子结构。相关成果已发表在《物理化学快报》上。

模拟结果显示，在未经处理的二硫化钼表面，要击落硫原子大约需要30电子伏特左右的能量；而在氟涂层表面，这一阈值降至约10电子伏特，在氧涂层表面则约为14电子伏特。阈值能量的降低非常关键，因为等离子体中离子的能量并非单一值，而是呈分布状态。

在没有涂层的情况下，去除顶层硫原子与开始损伤下方钼层之间的能量差距很小，部分离子不可避免地会落入“危险区”，既不能只清除顶层，又可能破坏下层结构。而当通过氧或氟涂层将硫原子的去除阈值降到10或14电子伏特后，这个安全区间被显著拉大。这样一来，制造商就能在一个更宽的能量范围内操作，既能干净地去除顶层硫，又能保持其余材料完好。

借助化学反应完成“温和剥离”

团队并未单纯依赖高能物理撞击，而是引入了化学辅助机制。当入射离子撞击覆盖有氧的表面时，表面上的氧原子会与附近的硫原子发生反应，生成二氧化硫这一稳定的气体分子，随后自然从表面逸出。氟涂层的作用类似，会生成硫氟化合物并从表面脱离。

“我们并不是直接去断开原有的化学键，”普林斯顿大学化学系研究生、2025年夏季在PPPL工作的本研究第一作者尤里·波利亚琴科解释说，“而是先形成像二氧化硫这样的中间产物。这些中间产物更容易被从表面剥离。”

波利亚琴科表示，接下来的工作重点是更精细地评估这一工艺对材料造成的具体损伤程度，而不仅仅是判断是否存在损伤。“之后，我们希望考察同样的思路能否推广到其他相关材料体系，比如用钨替代钼，或用硒替代硫，以了解这种方法在不同TMD材料中的适用范围。”