南大團隊成功製備單胞層二維材料 成果登上《Nature》期刊

2020-12-06 騰訊網

　　（a-c）氧化物鈣鈦礦二維薄膜的製備與轉移示意圖；（d-g）不同晶向亞原子分辨結構表徵；（h）氧化物鈣鈦礦二維材料中的豐富強關聯二維量子態展望。 被採訪者供圖　攝

　　中新網南京6月6日電(記者 申冉 通訊員 齊琦)6日，記者從南京大學獲悉，該校科研團隊成功製備出基於氧化物鈣鈦礦體系的新型單胞層二維材料，該成果以《單層氧化物鈣鈦礦二維晶體膜的實現》為題發表在了國際頂級期刊《Nature》上。

　　該項研究成果由南京大學、美國加州大學爾灣分校和美國內布拉斯加-林肯大學的研究人員合作完成。

　　據研究團隊帶頭人潘曉晴教授介紹，自2004年石墨烯被發現以來，以其為代表的各類二維原子晶體材料由於具有豐富多樣的物理、化學性質以及在信息傳輸和能源存儲器件等領域的廣泛應用前景而受到人們極大的關注。目前已知二維材料，無論是機械剝離還是人工生長，都依賴於其特殊的層狀結構特性及原子層間的弱鍵合作用。儘管非層狀結構的氧化物鈣鈦礦體系由於電子的強關聯效應呈現出極為豐富的物理和化學特性及其豐富多彩的量子現象，但其原子層厚度的超薄二維材料製備仍然是有待攻克的重大難題。

　　2016年，史丹福大學HaroldHuang課題組利用脈衝雷射沉積技術在水溶性材料過渡層上生長鈣鈦礦氧化物薄膜，通過溶解過渡層的方式獲得了自支撐的鈣鈦礦薄膜，為製備二維材料提供了新思路。然而，他們在嘗試製備只有原子層厚度的超薄二維材料時碰到了難以克服的困難，使得鈣鈦礦氧化物二維材料的探索又陷入了困境。

　　據潘曉晴解釋，區別於斯坦福課題組所採用的脈衝雷射沉積技術，南京大學聶越峰教授課題組採用了一種叫分子束外延的薄膜生長技術來製備氧化物鈣鈦礦二維材料。通過改進原位監控技術與採用高精度的逐層生長方法，成功實現了超薄氧化物鈣鈦礦薄膜的製備與轉移的突破，獲得原子層厚度的高質量氧化物鈣鈦礦二維材料。同時，王鵬教授課題組則利用多種先進球差校正透射電子顯微鏡結構分析技術實現了二維極限下電鏡樣品製備、層數標定和精細晶體結構表徵，直接觀測到鈣鈦礦BiFeO3薄膜在二維極限下出現若干新穎現象。這樣重大突破性工作的實現得益於先進的分子束外延薄膜生長技術與亞原子分辨電子顯微分析技術的有機結合及研究人員之間的密切合作。

　　本科研項目得到國家重點基礎研究發展計劃、國家自然科學基金及江蘇省「雙創人才」等項目的資助，以及南京大學現代工程與應用科學學院、固體微結構物理國家重點實驗室、人工微結構科學與技術協同創新中心、江蘇省功能材料設計原理與應用技術重點實驗室的大力支持。特別值得一提的是已故閔乃本院士對量子材料微結構研究中心的建立與發展給予鼓勵和支持。(完)

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