新策略讓晶圓級二維超導材料成功堆疊

據報道，《自然》 雜志刊發了南京大學和南方科技大學聯合研究團隊的研究成果：他們突破現有二維材料制備瓶頸，提出一種新型堆垛生長二維材料范德華異質結的策略，并用新策略成功制備出27 種二組元、15 種三組元、5 種四組元和3 種五組元二維材料范德華異質結，每種組元中的二維材料結構穩定且層數可控，組元層間具有干凈且平整的界面。

據介紹，二維范德華異質結不依賴于化學鍵、不受限于晶格匹配度，可以靈活地將多種材料堆疊組裝在一起，被認為是探索新物理現象、實現多功能器件的材料組合方式 “潛力股”，因此受到廣泛關注。

其中，二維超導材料范德華異質結的可控制備是實現超導量子元件應用的重要前提。然而，二維超導材料對環境十分敏感，目前很難將晶圓級二維超導材料完整地堆疊成范德華異質結，這極大地限制了超導量子元件的應用和發展。

針對這一問題，南京大學高力波教授課題組提出了一種新的 “由高到低” 生長策略。作為論文共同通訊作者，高力波告訴記者：“為了解決二維材料在生長過程中的相互影響，我們嘗試把最耐熱的二維材料放在最底層，再在上面逐層堆疊溫度依次遞減的二維材料，從而實現逐層堆疊生長范德華異質結，結果發現制備的二維超導材料范德華異質結薄膜的相鄰層之間并未發生化學反應，二維超導材料可以被完整地集成到異質結中且保持其超導性能不變。”

借助此方法，研究團隊實現了異質結薄膜的直接圖案化生長，并且對生長基體不存在依賴性。他們通過掃描透射電子顯微鏡的剖面觀測，發現這一系列堆垛生長的二維超導材料范德華異質結具有清晰的范德華界面以及完整的原子結構。

高力波表示，團隊在此次研究中首次制備了20 多組由多種二維材料構成的異質結。這些異質結的成功制備，為后續物性研究和器件制造提供了豐富的超導異質結材料庫和有效的制備方法。