中国半导体十大研究进展候选推荐（2021-020）——卷起来的范德华异质结构的高阶超晶格

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工作简介

         ——卷起来的范德华异质结构的高阶超晶格

二维（2D）范德华异质结（vdWH）和超晶格（vdWSL）无需晶格匹配即可构造新奇能带结构、引入电子物性，因此受到广泛关注。然而其应用受限于制备技术：当前主要通过逐层堆垛或化学气相沉积获得层数有限的低阶vdWSLs，在制备高阶vdWSLs过程中易引入晶格破损、界面掺杂等缺陷态，影响后续物性表征测试。目前，如何构建稳定的、具有更多嵌段单元的高阶vdWSLs，仍然是一个巨大的挑战。

针对这一问题，湖南大学段曦东教授与加州大学洛杉矶分校段镶锋教授合作，利用毛细效应，引发垂直异质结的自然卷曲，首次实现了二维材料领域长期求而未得的高阶超晶格。这些超晶格的形成调节了材料的电子能带结构，维数和其他物理性质。其中的SnS₂/WSe₂范德华异质结从平面到卷的转变实现电学性质从半导体到金属，维度从2D到一维（1D）的转变，以及与角度相关的线性磁阻。同时，研究获得了不同手性(或Eshelby扭转)的范德华超晶格纳米卷和相关的摩尔纹结构。进一步探索这种垂直超晶格的独特传输特性和其它物理性质将是未来研究的一个有趣的课题。此外，该方法具有通用性，作者构建了各种2D/2D vdWSLs，更复杂的2D/2D/2D vdWSLs，以及混合维度的vdWSLs，例如三维（3D）/2D、3D/2D/2D、1D/2D和1D/3D/2DvdWSLs。这项研究提供了制备具有广泛变化材料成分、不同维度、手性和拓扑结构的高阶vdWSLs的通用方法，为基础研究和技术应用提供了丰富的材料平台。

研究成果于2021年3月17日以“High-order superlattices by rolling up van der Waals heterostructures”为题发表在《Nature》（Nature, 2021, 591, 385），赵蓓和万众为共同第一作者，段曦东教授、段镶锋教授为共同通讯作者。

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作者简介

第一作者

赵蓓，理学博士。

目前致力于新型二维材料和二维复杂结构（包括垂直异质结、多异质结、超晶格、异质结阵列）的制备、光电性质和先进光电功能器件的研究。2017年至今，在Nature、Nat. Electron.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.等知名学术期刊上发表论文20余篇。其中，以第一作者身份、湖南大学为第一单位发表Nature 1篇，J. Am. Chem. Soc. 1篇，Adv. Mater. 1篇(共一)，Adv. Funct. Mater. 1篇，Nano Res. 1篇，Small Struct. 1篇 (共一)申请中国发明专利3项（已公开），其中两项已授权。曾获“Best Poster Presentation” in the 27th Assembly of Advanced Materials Congress。

第一作者

万众，凝聚态物理博士，毕业于普渡大学，现为加州大学洛杉矶分校博士后。

研究方向为二维体系的超低温量子输运性质，主要包括超导趋近效应、反常霍尔效应以及分数量子霍尔效应等。首次实现了在砷化镓材料中低温强磁场环境的超导态注入。现在从事二维材料异质结工程，搭建具有特殊物理性质的二维超晶格，研究其从二维到三维的转变机制。其成果以一作（含共同）发表于Nature、Nat. Mater.、Nat. Nanotech.、Nat. Commun.等杂志。曾获2020年度加州大学洛杉矶分校博士后校长奖提名。

通讯作者

段镶锋，加利福尼亚州立大学洛杉矶分校终身教授，博士生导师，2011年入选汤森路透集团发布的2000-2010年全球顶尖100化学家名人堂榜单和全球顶尖100材料学家名人堂榜单，2013年8月获得贝尔比奖章，是第三位获得该奖的华人。

研究方向为：纳米材料的合成、组装和表征；先进电子和光子材料与器件；能源利用、转化与存储等。共发表学术论文发表论文200余篇，包括12篇Nature、10篇Science、Nature 子刊30余篇，被引次数超过50000次。

通讯作者

段曦东，湖南大学教授，长江学者特聘教授，博士生导师，高级工程师。

段曦东教授近年来一直从事新二维材料和二维复杂结构（包括横向和垂直异质结、多异质结、超晶格、异质结阵列）的制备、表征和在电子、光电子、催化等领域应用等的研究。近五年相关研究以通讯作者或第一作者发表SCI论文近50篇（其中包括Science 1篇，Nature 2篇，Nat. Nanotechnol. 1篇，Nat. Mater. 1篇J. Am. Chem. Soc. 3篇, Chem. Soc. Rev. 3篇, Nano Lett 2篇，ACS Nano1篇，Adv. Mater. 2篇，Adv. Fun. Mater 2篇，Angew. Chem. Int. Ed. 1篇等），论文近五年他引6000余次，单篇论文引用超700次。有授权专利10余项。获2017年湖南省自然科学一等奖（排名第二），获2017年中国电子科技十大进展奖，2018年获湖南大学岳麓学者特聘教授A岗，2019年获国家自然科学二等奖(排名第三)。2021年获得教育部长江学者特聘教授。他通过精确调控二维材料的化学成分和电子结构，在国际上率先制备出了原子级薄的二维半导体材料横向异质结；并成功示范了其在光电检测、光伏效应和反相器方面的应用。以所发表的二维材料工作为基础撰写了二维材料研究进展综述。2017年和段镶锋教授合作，实现了2D异质结、多异质结以及超晶格的可控外延生长（Science 2017），这是以湖南大学为第一单位发表的首篇CNS论文。

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原文传递

详情请点击论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03338-0

《半导体学报》简介：

《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。2020年，JOS被EI收录。

“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：

《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：[e-mail]，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。

JOSarXiv预发布平台简介：

半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。

JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！

文章来源“半导体学报”公众号

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