南京大学制备新颖二维材料

氧化物钙钛矿二维薄膜的制备和转移示意图；(d-g)具有不同晶体取向的亚原子分辨结构的表征；氧化物钙钛矿二维材料中丰富和强相关二维量子态的前景

南京大学聂越峰教授课题组利用分子束外延技术生长和转移单层原子层精度的非层状氧化物钙钛矿材料，结合王鹏教授课题组的透射电镜结构分析，成功制备了一种基于氧化物钙钛矿体系的新型二维材料。由于氧化物钙钛矿系统优异的电子性质，这一成就为具有丰富和强大相关性的二维量子现象打开了一扇门。6月6日，该成果发表在《自然》杂志上，标题为“单层氧化物钙钛矿二维晶体薄膜的实现”。

目前，已知二维材料，无论是机械剥离的还是人工生长的，都依赖于它们特殊的层状结构特征和原子层之间弱的键合作用。尽管非层状结构的氧化物钙钛矿体系由于强的电子关联效应表现出极其丰富的物理化学性质和丰富多彩的量子现象，但是制备具有原子层厚度的超薄二维材料仍然是有待解决的主要问题。

研究小组组长潘小青解释说，研究小组采用了一种叫做分子束外延的薄膜生长技术来制备氧化物钙钛矿二维材料。通过改进原位监测技术，采用高精度逐层生长方法，成功实现了超薄氧化物钙钛矿薄膜制备和转移的突破，获得了高质量的原子层厚度氧化物钙钛矿二维材料。王鹏教授的研究小组利用多种先进的球差校正透射电子显微镜结构分析技术，实现了二维极限下的电子显微镜样品制备、层数标定和精细晶体结构表征，并直接观察到二维极限下钙钛矿BiFeO3薄膜的一些新现象。这一突破的实现是由于先进的分子束外延薄膜生长技术和亚原子分辨率电子显微分析技术的有机结合以及研究者之间的密切合作。

聂越峰认为，电子在材料中的运动决定了它的性能。在石墨烯等传统二维材料中，电子相对*移动，不受其他电子的影响。然而，在许多氧化物钙钛矿材料中，电子之间有很强的相互作用。正是这种电子之间的强相互作用促成了各种新的量子态，包括高温超导。钙钛矿二维材料的实现和二维系统中电子之间的这种强相关性的增加有望导致更丰富和有趣的强相关性二维量子现象和应用。

王鹏表示，高分辨率电子显微镜技术在钙钛矿氧化物二维材料的发现中发挥了重要作用，这得益于近十年来球差校正技术和先进表征方法的快速发展。“我们相信，将会有更多有趣、新颖的物理现象等待我们在微观层面上探索和发现。”

研究结果是由南京大学、加州大学欧文分校和内布拉斯加-林肯大学的研究人员完成的。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-019-1255-7