南京大学二维材料成果再登Nature！

【成果简介】

二维范德华异质结（2D vdWH）近年来引起了广泛的关注，它不依赖于化学键、不受限于晶格匹配度，可以灵活地将多种材料堆叠组装在一起，被认为是探索新颖物理现象、实现多功能器件的最具潜力材料组合方式。目前其最广泛使用的制造方法是叠加机械剥离出微米大小的薄片，但这一过程不能扩展到实际应用。而且尽管已经创造了成千上万的二维材料，但几乎没有任何大型二维超导体可以完整地堆叠成vdW异质结构，这极大地限制了这类器件的应用。

南京大学高力波教授、徐洁博士和南方科技大学林君浩副教授带领团队提出了一种新的“由高到低”的生长策略，即以制备较高温度稳定性的二维材料为底层材料，在其上稳定温度稍低的二维材料，从而实现逐层堆叠生长vdWH。他们成功实现了将27种二组元、15种三组元、5种四组元和3种五组元二维材料组成的异质结。同时，堆垛其中的每种二维材料的层数都能够精确可控。这一系列的二维材料范德华异质结的成功制备为后续的物性研究和器件制造提供了丰富的超导异质结材料库和有效的制备方法。研究成果以以“Stack growth of wafer-scale van der Waals superconductor heterostructures”为题，2023年9月6日在线发表于Nature期刊。该工作由南京大学和南方科技大学共同完成，南京大学为第一单位。南京大学周振佳博士与南方科技大学侯福臣博士为本论文的共同第一作者。

【图文导读】

图 1.（a）蓝宝石上堆积生长的双组块vdWSH的光学照片以及对应的拉曼光谱，包括底部单层MoS₂和顶部三层NbSe₂薄膜；（b）NbSe₂\PtTe₂薄膜的AFM图像以及对应的截面高度曲线；（c）4英寸五组元vdWSH薄膜照片；（d）WS₂\MoS₂\NbSe₂\PtSe₂异质结的截面STEM图像以及对应元素的EDS元素分布曲线；（e）WS₂\NbSe₂薄膜的面内STEM图像，插图是堆叠区域的FFT图像；（f）堆叠生长的多种二组元vdWH中的扭转角占比统计图，插图是对应不同扭转角的莫尔超晶格的STEM图像。

图 2.（a）堆垛生长的具有不同PtTe₂厚度的NbSe₂\PtTe₂范德华异质结薄膜的变温电阻曲线；（b）面内（蓝点）和面外（红点）磁场下临界磁场H_c2的温度依赖特性，实线是按照GL理论的拟合曲线；（c）NbSe₂\MoSe₂\NbSe₂异质结中顶部和底部NbSe₂以及它们之间的变温电阻曲线；（d）堆叠生长的NbSe₂\MoSe₂\NbSe₂薄膜在1.5 K时的I-V特性曲线；（e）偏置电流下的差分电阻和磁场的依赖特性；（f）厘米级MoS₂\WSe₂薄膜组成的PN结，其在不同栅极电压（V_g）下的I-V特性曲线。

【论文地址】

Zhou, Z., Hou, F., Huang, X. et al. Stack growth of wafer-scale van der Waals superconductor heterostructures. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06404-x

本文参考：https://www.nju.edu.cn/info/1067/338391.htm