新策略让晶圆级二维超导材料成功堆叠

科技日报讯 （记者金凤）9月6日，《自然》杂志刊发了南京大学和南方科技大学联合研究团队的研究成果：他们突破现有二维材料制备瓶颈，提出一种新型堆垛生长二维材料范德华异质结的策略，并用新策略成功制备出27种二组元、15种三组元、5种四组元、3种五组元二维材料范德华异质结，每种组元中的二维材料结构稳定且层数可控，组元层间具有干净且平整的界面。

据介绍，二维范德华异质结不依赖于化学键、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，被认为是探索新物理现象、实现多功能器件的材料组合方式“潜力股”，因此受到广泛关注。

其中，二维超导材料范德华异质结的可控制备是实现超导量子元件应用的重要前提。然而，二维超导材料对环境十分敏感，目前很难将晶圆级二维超导材料完整地堆叠成范德华异质结，这极大地限制了超导量子元件的应用和发展。

针对这一问题，南京大学高力波教授课题组提出了一种新的“由高到低”生长策略。作为论文共同通讯作者，高力波告诉记者：“为了解决二维材料在生长过程中的相互影响，我们尝试把最耐热的二维材料放在最底层，再在上面逐层堆叠温度依次递减的二维材料，从而实现逐层堆叠生长范德华异质结，结果发现制备的二维超导材料范德华异质结薄膜的相邻层之间并未发生化学反应，二维超导材料可以被完整地集成到异质结中且保持其超导性能不变。”

借助此方法，研究团队实现了异质结薄膜的直接图案化生长，并且对生长基体不存在依赖性。他们通过扫描透射电子显微镜的剖面观测，发现这一系列堆垛生长的二维超导材料范德华异质结具有清晰的范德华界面以及完整的原子结构。

高力波表示，团队在此次研究中首次制备了20多组由多种二维材料构成的异质结。这些异质结的成功制备，为后续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。