近年来,二维范德瓦尔斯（van der Waals）半导体材料,包括过渡金属硫族化合物（Transition metal dichalcogenides,TMDs）的MX2（其中,M=Mo、W;X=S、Se）,已逐渐成为新兴的低维量子材料与后摩尔时代重要的候选材料。其单原子层具有与体相材料不同的特性,例如:直接带隙、较大的激子（Exciton）结合能、较强的光与物质相互作用等。更为重要的是,通过控制层间的材料种类、堆叠方向及扭曲角度而构建的二维范德瓦尔斯异质结构展现出各组成部分所不具备的全新特性,为探索新奇的量子现象提供了重要研究平台。首先,与石墨烯不同,人工双层MX2有两种不同的堆叠方向:平行堆叠（Rhombohedral,R型）和反平行堆叠（Hexagonal,H型）;其表现出不同的层间耦合与能带拓扑特点,比如,由于平行堆叠的中心反演对称性破缺与层间电荷转移,其展现出界面铁电等新颖的物理特性。然而,迄今为止,剥离方法多侧重于剥离样品的质量、尺寸及产量,缺乏样品晶格取向的信息,目前只能通过偏振二次谐波等方法在堆叠完成后辅助判断晶相信息,这极大的降低了研究的效率。其次,层间存在的扭曲角度与晶格常数的差别,导致莫尔超晶格（Moirésuperlattice）的产生。其面内原子位形及附加的周期性调制,使得特定高对称点处势能水平改变,形成莫尔势阱。这样的势阱阵列可以捕获自由激子,进而产生量子光发射现象和玻色型多体效应。六方氮化硼（Hexagonal boron nitride,h BN）具有宽带隙和低介电常数,相较于MX2预计会形成更深的莫尔势阱,有利于在更高温度下,研究莫尔激子行为。最后在小扭角同质双层堆叠体系中,由于莫尔超晶格原子重构与晶格弛豫的存在,将使得层间耦合调控具有更为丰富的物理内涵。根据以上所述问题,我们做了如下相关研究,并取得了一定的研究成果,主要内容如下:1.二维半导体材料的单层剥离与晶向识别是研究其物理性质的基础。我们开发了一种新的TMDs材料的大面积定向剥离技术,解决了TMDs材料异质堆叠方向无法预先控制的难题。我们通过金（Au）原子沿TMDs特定原子阶梯边缘的外延生长,使用Au辅助机械剥离获得了晶向可识别、高质量、大尺寸（亚毫米量级）、高产量的单层TMDs样品。通过预知单层样品的晶格取向,成功构建了R型堆叠与H型堆叠的TMDs双层结构。通过光谱学、电子衍射和角分辨光电子能谱对样品进行表征,实验结果支持我们提出的特定边缘锁定的剥离机制。这种定向剥离策略为未来二维材料的多层堆叠及扭角电子学的发展提供了一种通用技术途径。2.为了研究二维半导体材料层间激子与莫尔激子的信息,基于TMDs材料的定向大面积剥离技术,我们通过光致发光光谱,在Mo S2/WS2 II型能带结构中获得了层间激子峰,并使用Au表面光学纳腔增强了层间激子发光;通过反射差分光谱在R型Mo S2/Mo S2堆叠中观察到了层间激子的斯塔克效应（Stark effect）;表明TMDs材料层间激子具有较强的等离子场或者外界电场的调制性。最后通过阴极射线发光光谱,在扭角h BN中发现了深达807 me V的莫尔势阱,有望未来推进基于深度捕获的莫尔激子的玻色型强相关物理的研究。3.最后我们利用拉曼光谱,研究了R型双层Mo S2的~1222))模的劈裂特征,明确了小扭角下Mo S2莫尔超晶格的原子重构与晶格弛豫过程。通过研究~1222))模的劈裂大小与扭曲角度的依赖关系,确定了原子重构与晶格弛豫发生的角度范围,并进一步在双层Mo S2中插入单层h BN,在保证层间耦合的前提下消除了原子重构与晶格弛豫,为层间及莫尔激子调控提供了新的参量。同时基于Mo S2莫尔超晶格的界面铁电效应,我们构建了R型Mo S2/Mo S2基铁电隧穿结,其开关比高达10~4且具有记忆特性,有望将来开展基于TMDs材料的集成铁电忆阻阵列的相关研究。