山西
2026年7月23日，Nat. Mater.在线发表了温州大学张礼杰教授、王舜教授、麻省理工学院Jing Kong、Kenan Zhang和香港科技大学Zhengtang Luo课题组的研究论文，题目为《Van der Waals surface reconstruction for oriented epitaxial growth of two-dimensional metallic oxides》，论文的第一作者为Mei Zhao、Kenan Zhang、Shaowen Xu、Yuyin Li、Yuan Lu和Jiawen You。
二维单晶金属氧化物（包括半导体、电介质、铁电体和铁磁体）与硅电路的混合集成，能够实现自旋电子学、神经形态计算和量子计算等功能，构成“超越摩尔”路线图的关键部分。然而，合成二维金属氧化物单晶薄膜至今仍具有挑战性。
在此研究中，作者报道了云母的范德华表面重构方法，用于二维金属氧化物（M = Co、Fe、Ni、Mn）及其掺杂对应物的大规模、单向生长，这些薄膜无缝拼接成单晶薄膜。量子力学计算表明，重构云母的氧原子平面对于实现这些二维金属氧化物的单晶外延生长至关重要。作为示例，生长了厘米级的二维Fe掺杂CoO单晶薄膜，该薄膜表现出室温铁磁半导体特性，居里温度高达430 K。这些结果展示了该合成策略的强大能力，为探索二维金属氧化物在量子物理和自旋电子学器件中的应用开辟了道路。
总而言之，作者提出了一种鲁棒的通用策略，利用表面重构的云母作为范德华外延衬底，引发二维金属氧化物的化学气相沉积生长。在该云母外延模板上，成功合成了至少十一种不同种类的高质量晶态二维金属氧化物（M = Co、Ni、Cr、Fe、Mn、In、V、Bi）。实验表明，金属氧化物晶粒与重构的云母表面（暴露的氧原子平面）相互作用，形成能量最小化的构型。其中七种二维金属氧化物以严格的单一取向被稳健地获得，形成厘米级薄膜。有趣的是，在金属氧化物中取代金属原子并不影响金属氧化物畴的单向排列，这能够进一步扩展具有额外性能的二维金属氧化物薄膜的制备。
图1 二维金属氧化物在重构范德华云母上的通用外延生长
图2 理解二维金属氧化物在重构云母上单向外延生长的机理
图3 单晶二维金属氧化物薄膜与云母之间的外延关系
图4 二维金属氧化物的磁学表征
【论文链接】
Zhao, M., Zhang, K., Xu, S. et al. Van der Waals surface reconstruction for oriented epitaxial growth of two-dimensional metallic oxides. Nat. Mater.,2026. https://doi.org/10.1038/s41563-026-02683-7
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