不到100天 两篇Nature!!!

9月6日，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在Nature上发表了题为“Stack growth of wafer-scale van der Waals superconductor heterostructures”的论文，报道了一种新的“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。

而将时间往回拨80余天。6月14日，武汉大学付磊教授、曾梦琪教授、郭宇铮教授，南方科技大学林君浩教授在Nature上发表了“Liquid metal for high-entropy alloy nanoparticles synthesis”的论文，报道了一种全新的液态金属辅助高熵合金纳米颗粒合成方法，能在较温和的实验条件下获得多种元素均匀互溶的高熵合金纳米颗粒。

能够发表一篇Nature正刊已是非常了不起，而南方科技大学林君浩教授在不到3个月时间里就有2篇Nature正刊发表！！！

让我们先简单回顾一下这两篇Nature的成果

【高熵合金】

武汉大学付磊教授、曾梦琪教授、郭宇铮教授，南方科技大学林君浩教授（共同通讯作者）提出了一种全新的液态金属辅助高熵合金纳米颗粒合成方法，能在较温和的实验条件下获得多种元素均匀互溶的高熵合金纳米颗粒。其利用纳米级分散的液态金属作为储层，与各种金属盐混合为前驱体。然后，金属盐发生热分解和氢还原，金属元素在液态金属中混合，从而使得在923 K处形成HEA-NPs。样品自然冷却至室温，冷却速率相对较低。根据高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）图像和能量色散X射线光谱（EDS）显示，液态Ga纳米颗粒（NP）被前驱体中由氧化镓和混合金属盐（由快速傅里叶变换（FFT）模式证实）组成的无定形涂层均匀包围。前驱体中的两个相邻的GaNP也被均匀分布的金属盐包围。此外，作者还合成了具有不同Ga原子百分比的HEA-NPs，从而证明了产品中Ga含量的可调性。HEA-NPs的大小可以通过Ga-NPs的大小，反应温度和时间来调整。因此，Ga NPs越小，温度越低，反应时间越短，HEA-NPs就越小。相关研究成果以“Liquid metal for high-entropy alloy nanoparticles synthesis”为题发表在Nature上。

图一、HEA-NPs的合成与表征©2023 Springer Nature

图二、HEA-NPs的元素和结构表征©2023 Springer Nature

【二维范德华异质结】

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。

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。

【独门武器】

在南方科技大学新闻网的相关报道中，我们可以看到林老师自主搭建的一套实验平台在上述两个工作中发挥了很大的作用。

据介绍，高熵合金纳米颗粒具有较高的表面活性，容易被空气氧化并吸附环境中的碳氢化合物，制约着样品的表征和物性的测试。南方科技大学林君浩副教授课题组自主搭建的全惰性氛围保护的手套箱互联系统（GIS）（下图）实现了从样品生长、转移、后处理、原子级结构表征到物性测试的全惰性氛围保护，极大地降低了高熵合金纳米颗粒的表面氧化与污染，对于研究高表面活性的高熵合金纳米颗粒具有独特的优势。

手套箱互联系统示意图（a）和实物图（b）

而在二维超导材料研究中，因其具有较高的表面活性，容易被空气氧化并吸附环境中的碳氢化合物，严重制约着样品的表征和物性的测试。林老师开发的这套平台实现了从样品生长、转移、后处理、原子级结构表征到物性测试的全惰性氛围保护，极大地降低了二维敏感材料的氧化与污染，对于本次研究二维vdWSH薄膜异质结材料的本征结构与生长机理具有独特的优势。

在林老师看来，对仪器的使用，是科学研究非常关键的一环，正是发挥出了先进仪器的关键作用，课题组才在最近迎来了科研成果的“井喷”。而这三个月内的两篇《自然》，正是这样一个“水到渠成”的过程。

本文参考内容：

1：https://newshub.sustech.edu.cn/html/202309/44227.html
2：https://newshub.sustech.edu.cn/html/202309/44304.html
3：https://newshub.sustech.edu.cn/html/202306/43928.html
4：https://www.nju.edu.cn/info/1067/338391.htm