过渡金属：定义、分类与硫族化合物
在化学的广阔领域中，过渡金属是一类独特且重要的元素。它们不仅涵盖了d区从ⅢB至Ⅷ族的丰富元素，还将ⅠB族（如铜、银、金）和ⅡB族（如锌、镉、汞）纳入其中，因为这些元素在成键或配位能力上展现出了相似的特性。这些元素形成了一个庞大的家族，被划分为三个过渡系：Sc-Zn（第一过渡系）、Y-Cd（第二过渡系）以及Lu-Hg（第三过渡系）。
当我们谈论过渡金属硫族化合物（TMDs）时，我们指的是一类具有特定结构和独特特性的化合物。其基本的化学式为MX，其中M代表的是Mo/W/Re等过渡金属，而X则是S/Se/Te等硫族元素。这些化合物具有层状结构，可以被剥离成原子级别的薄层，从而展现出量子限域效应。它们拥有可调带隙、谷极化以及超导性等引人注目的物理现象。例如，金属性的TMDs（如硒化钒）由于其强大的电子耦合作用，展现出了特殊的电输运行为。
在制备技术方面，我们已经取得了显著的进展。虽然自上而下法（如机械剥离块体单晶）是一种常用手段，但其可控性较差。相反，自下而上法，如化学气相沉积（CVD），能够制备晶圆级别的单晶。新型硫族单原子供应法能够大幅度降低缺陷密度至~2×10 cm。而分子束外延技术则实现了厚度和组分的精确控制。
至于应用研究方向，过渡金属及其化合物在多个领域展现出了巨大的潜力。在能源领域，它们可用于光电转换、氧还原催化剂以及锂/铝离子电池。在量子器件方面，它们为基于超导/电荷密度波等量子效应的纳米器件提供了可能。通过应力/电场调控能带结构的异质结构也是一个热门的研究方向。
尽管我们在许多方面已经取得了进展，但仍面临一些挑战。例如，需要开发大规模制备均匀薄膜的技术、提高环境稳定性（特别是纳米管材料）以及更深入地理解强关联电子体系的竞争机制。在材料制备和物性研究方面，北京大学、清华大学等团队已经取得了一系列突破性的成果，为我们指明了未来的方向。这些过渡金属及其化合物的研究不仅有助于我们深入理解物质的本质，还为科技发展提供了源源不断的动力。
