Stabilizing monolayer nitrides with silicon Transition metal carbides and nitrides are nonlayered materials that in monolayer form have potentially useful electronic and chemical properties. These monolayers are usually made by chemical etching that produces flakes with surface defects that have poor air and water stability. Hong et al. report that introducing silicon during chemical vapor deposition growth of molybdenum nitride passivates the surface and prevents island formation. Centimeter-scale monolayer films of the semiconductor MoSi 2 N 4 form as a MoN 2 layer sandwiched by two Si-N bilayers. These layers possess high mechanical strength and ambient stability. Science , this issue p. 670

Manipulating quantum state via electrostatic gating has been intriguing for many model systems in nanoelectronics. When it comes to the question of controlling the electron spins, more specifically, the magnetism of a system, tuning with electric field has been proven to be elusive. Recently, magnetic layered semiconductors have attracted much attention due to their emerging new physical phenomena. However, challenges still remain in the demonstration of a gate controllable magnetism based on them. Here, we show that, via ionic gating, strong field effect can be observed in few-layered semiconducting Cr$_{2}$Ge$_{2}$Te$_{6}$ devices. At different gate doping, micro-area Kerr measurements in the studied devices demonstrate tunable magnetization loops below the Curie temperature, which is tentatively attributed to the moment re-balance in the spin-polarized band structure. Our findings of electric-field controlled magnetism in van der Waals magnets pave the way for potential applications in new generation magnetic memory storage, sensors, and spintronics.

Large-area monolayer WS2 is a desirable material for applications in next-generation electronics and optoelectronics. However, the chemical vapour deposition (CVD) with rigid and inert substrates for large-area sample growth suffers from a non-uniform number of layers, small domain size and many defects, and is not compatible with the fabrication process of flexible devices. Here we report the self-limited catalytic surface growth of uniform monolayer WS2 single crystals of millimetre size and large-area films by ambient-pressure CVD on Au. The weak interaction between the WS2 and Au enables the intact transfer of the monolayers to arbitrary substrates using the electrochemical bubbling method without sacrificing Au. The WS2 shows high crystal quality and optical and electrical properties comparable or superior to mechanically exfoliated samples. We also demonstrate the roll-to-roll/bubbling production of large-area flexible films of uniform monolayer, double-layer WS2 and WS2/graphene heterostructures, and batch fabrication of large-area flexible monolayer WS2 film transistor arrays.

Abstract The challenges of developing neuromorphic vision systems inspired by the human eye come not only from how to recreate the flexibility, sophistication, and adaptability of animal systems, but also how to do so with computational efficiency and elegance. Similar to biological systems, these neuromorphic circuits integrate functions of image sensing, memory and processing into the device, and process continuous analog brightness signal in real-time. High-integration, flexibility and ultra-sensitivity are essential for practical artificial vision systems that attempt to emulate biological processing. Here, we present a flexible optoelectronic sensor array of 1024 pixels using a combination of carbon nanotubes and perovskite quantum dots as active materials for an efficient neuromorphic vision system. The device has an extraordinary sensitivity to light with a responsivity of 5.1 × 10 7 A/W and a specific detectivity of 2 × 10 16 Jones, and demonstrates neuromorphic reinforcement learning by training the sensor array with a weak light pulse of 1 μW/cm 2 .

Single-wall carbon nanotubes (SWCNTs) are ideal for fabricating transparent conductive films because of their small diameter, good optical and electrical properties, and excellent flexibility. However, a high intertube Schottky junction resistance, together with the existence of aggregated bundles of SWCNTs, leads to a degraded optoelectronic performance of the films. We report a network of isolated SWCNTs prepared by an injection floating catalyst chemical vapor deposition method, in which crossed SWCNTs are welded together by graphitic carbon. Pristine SWCNT films show a record low sheet resistance of 41 ohm □-1 at 90% transmittance for 550-nm light. After HNO3 treatment, the sheet resistance further decreases to 25 ohm □-1. Organic light-emitting diodes using this SWCNT film as anodes demonstrate a low turn-on voltage of 2.5 V, a high current efficiency of 75 cd A-1, and excellent flexibility. Investigation of isolated SWCNT-based field-effect transistors shows that the carbon-welded joints convert the Schottky contacts between metallic and semiconducting SWCNTs into near-ohmic ones, which significantly improves the conductivity of the transparent SWCNT network. Our work provides a new avenue of assembling individual SWCNTs into macroscopic thin films, which demonstrate great potential for use as transparent electrodes in various flexible electronics.

Abstract Vertical three-dimensional integration of two-dimensional (2D) semiconductors holds great promise, as it offers the possibility to scale up logic layers in the z axis 1–3 . Indeed, vertical complementary field-effect transistors (CFETs) built with such mixed-dimensional heterostructures 4,5 , as well as hetero-2D layers with different carrier types 6–8 , have been demonstrated recently. However, so far, the lack of a controllable doping scheme (especially p-doped WSe 2 (refs. 9–17 ) and MoS 2 (refs. 11,18–28 )) in 2D semiconductors, preferably in a stable and non-destructive manner, has greatly impeded the bottom-up scaling of complementary logic circuitries. Here we show that, by bringing transition metal dichalcogenides, such as MoS 2 , atop a van der Waals (vdW) antiferromagnetic insulator chromium oxychloride (CrOCl), the carrier polarity in MoS 2 can be readily reconfigured from n- to p-type via strong vdW interfacial coupling. The consequential band alignment yields transistors with room-temperature hole mobilities up to approximately 425 cm 2 V −1 s −1 , on/off ratios reaching 10 6 and air-stable performance for over one year. Based on this approach, vertically constructed complementary logic, including inverters with 6 vdW layers, NANDs with 14 vdW layers and SRAMs with 14 vdW layers, are further demonstrated. Our findings of polarity-engineered p- and n-type 2D semiconductor channels with and without vdW intercalation are robust and universal to various materials and thus may throw light on future three-dimensional vertically integrated circuits based on 2D logic gates.

Hot-carrier transistors are a class of devices that leverage the excess kinetic energy of carriers. Unlike regular transistors, which rely on steady-state carrier transport, hot-carrier transistors modulate carriers to high-energy states, resulting in enhanced device speed and functionality. These characteristics are essential for applications that demand rapid switching and high-frequency operations, such as advanced telecommunications and cutting-edge computing technologies