量子器件的案例
研發(fā) | 基于SiC的量子器件獲重大突破！
這是繼金剛石氮空位（NV）色心后第二種在室溫下同時具有高自旋讀出對比度和高單光子發(fā)光亮度的固態(tài)色心，該成果對發(fā)展基于碳化硅這種成熟半導(dǎo)體材料的量子信息技術(shù)具有重要意義。相關(guān)研究成果于7月5日在線發(fā)表在《國家科學(xué)評論》（National Science Review）上。
固態(tài)自旋色心是量子信息處理的重要研究平臺，金剛石NV色心是其突出的代表。自從1997年德國研究團隊報道了室溫下單個金剛石NV色心的探測以來，金剛石NV色心在量子計算、量子網(wǎng)絡(luò)和量子傳感等方面取得了重要進展。近年來，為了利用更成熟的材料加工技術(shù)和器件集成工藝，學(xué)界開始關(guān)注其他半導(dǎo)體材料中的相似色心。其中，碳化硅中的自旋色心，包括硅空位色心（缺失一個硅原子）和雙空位色心（缺失一個硅原子和一個近鄰碳原子），因其優(yōu)異的光學(xué)和自旋性質(zhì)引發(fā)學(xué)界廣泛。室溫下單個硅空位色心的相干操控雖已實現(xiàn)，但其自旋讀出對比度只有2%，而且天然塊狀碳化硅材料中單個硅空位色心的單光子發(fā)光亮度每秒僅有10 k個計數(shù)，如此低的自旋讀出對比度和單光子發(fā)光亮度限制了其在室溫下的實際應(yīng)用。然而，室溫下單個雙空位色心的相干操控還未見報道。
李傳鋒、許金時研究組利用此前發(fā)展的離子注入制備碳化硅缺陷色心的技術(shù)，制備出雙空位色心陣列。進一步利用光探測磁共振技術(shù)在室溫下實現(xiàn)了單個雙空位色心的自旋相干操控，并發(fā)現(xiàn)其中一類雙空位色心（稱為PL6）的自旋讀出對比度為30%，而且單光子發(fā)光亮度每秒可達150 k個計數(shù)。
展開 南工陳蘇教授團隊開發(fā)出微流控紡絲導(dǎo)向的碳量子點柔性穿戴器件
柔性可穿戴器件以其輕質(zhì)、靈活柔韌和智能高效等特點將對未來穿戴帶來變革發(fā)展。在眾多柔性穿戴器件中纖維狀微型超級電容器是最具潛力的儲能器件。然而，目前所制備的導(dǎo)電纖維材料難以滿足超級電容器的要求，很難獲得電化學(xué)性能和機械性能兼俱佳的器件，特別是導(dǎo)電微納纖維材料的大規(guī)模有序制備也是該領(lǐng)域挑戰(zhàn)性研究課題之一。
基此，南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國家重點實驗室、化工學(xué)院陳蘇教授團隊在國家自然科學(xué)基金重點基金的資助下，從設(shè)計多孔結(jié)構(gòu)材料入手，利用微流體紡絲機均勻成絲、大面積制備纖維為導(dǎo)向，以納米碳量子點等材料摻雜和限域微通道內(nèi)自組裝成孔為手段，構(gòu)筑了高機械強度、高能量密度輸出、具有柔性穿戴應(yīng)用前景的碳量子點/石墨烯(CDs/Graphene)纖維超級電容器。該研究成果以“Enriched Carbon Dots/Graphene Microfibers towards High-Performance Micro-Supercapacitors”為題并作為封底發(fā)表在國際材料領(lǐng)域的重要刊物《Journal of Materials Chemistry A》（Qing Li,? Hengyang Cheng,? Xingjiang Wu,Cai-Feng Wang, Guan Wu* and Su Chen*， J. Mater. Chem.A, 2018, 6, 14112–14119）上。
該研究成果利用國內(nèi)南京捷納思微流體紡絲機大規(guī)模制備碳量子點/石墨烯（CDs/Graphene）納米復(fù)合纖維（圖1、附圖2）。其設(shè)備可高效制備出有序微納結(jié)構(gòu)纖維，在微流體限域通道內(nèi)，親水性的納米碳量子點和石墨烯通過氫鍵和脫水-縮合作用自組裝橋連形成“Dot-Sheet”結(jié)構(gòu)，從而提高了納米復(fù)合纖維的機械性能和電化學(xué)性能。
展開 突破理論極限：我國提出超靈敏納米探測新技術(shù)！
該工作不僅對靈敏探測技術(shù)有明顯實用價值，也為研究新型旋轉(zhuǎn)腔人工量子器件技術(shù)開辟了道路。
根據(jù)光學(xué)傳感器工作原理，當(dāng)微粒靠近傳感器時會影響其中光的傳播，進而影響光輸出。通過在輸出端探測光學(xué)輸出的變化，就可實現(xiàn)微小粒子的檢測。不過，越小的微粒，引起的光學(xué)輸出變化越弱，越不容易被探測。目前實驗學(xué)家已通過抑制光學(xué)耗散或減小傳感器體積等方法來提高靈敏度，但受光耗散或器件體積不可能無限減小的限制，這些技術(shù)方案存在探測的理論極限。
景輝的這一旋轉(zhuǎn)光學(xué)微腔方案，開拓性地提出了利用相對論薩格納克效應(yīng)，突破靜態(tài)光學(xué)腔量子探測的理論極限。相對于靜止的光學(xué)傳感器，這種不依賴光學(xué)耗散或器件體積，僅依賴機械轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)腔傳感器可顯著增強微粒對光的影響，放大光學(xué)輸出的變化，進而突破量子探測理論極限，實現(xiàn)超高靈敏度探測
來源：科技日報；記者俞慧友
展開 中國留學(xué)生造“量子透鏡”：頭發(fā)絲百分之一厚，量子世界的新窗口
這樣的新穎元件在未來可能被設(shè)計用于將編碼在光子數(shù)、偏振、軌道角動量、空間等不同自由度的高維量子信息轉(zhuǎn)化為成像探測器件容易讀取的‘像’，從而快速穩(wěn)定實現(xiàn)量子信息的讀取。比如，未來量子計算機之間的通訊可能需要借助光纖進行，如果把這種元件安置在光纖網(wǎng)絡(luò)中就可以迅速讀取其中傳輸?shù)?em>量子信息。再比如，量子衛(wèi)星和地面的通信需要在自由空間中用光束進行，這樣的元件也可以協(xié)助高效穩(wěn)定地處理接收到的量子光。”
圖 | 王凱做出的超表面“量子相機”樣品（來源：Lannon Harley/澳大利亞國立大學(xué)）
接下來，團隊的下一步將依靠包括超表面、集成光路等多個平臺圍繞光子的調(diào)控、測量進行工作。
在提到量子光學(xué)器件的商業(yè)化，王凱透露，工業(yè)界已經(jīng)有不少研制量子光學(xué)器件的投入。
“當(dāng)今很多量子技術(shù)，尤其是量子計算，商業(yè)企業(yè)起到了很大的推動作用。據(jù)我所知，我也相信在不遠的將來會有越來越多的在納米光子學(xué)領(lǐng)域有經(jīng)驗的科研工作者、工程師投身參與量子光學(xué)器件的開發(fā)”，他說。
展開 
半導(dǎo)體所等在高質(zhì)量半導(dǎo)體-超導(dǎo)納米線研究方面取得系列進展
(a) 包含耗散電阻的器件示意圖。(b)四種情況下器件電導(dǎo)隨溫度變化的普適標(biāo)度關(guān)系。(c)包含耗散（上）和不含耗散（下）的器件掃描電鏡圖。(d)零能安德列夫束縛態(tài)在無耗散時輸運上體現(xiàn)為零偏壓電導(dǎo)峰，有強耗散情況下零偏壓電導(dǎo)被抑制而劈裂。
該系列工作得到了國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院、北京市科委、清華大學(xué)自主科研計劃、清華大學(xué)低維量子物理國家重點實驗室、量子信息前沿科學(xué)中心以及阿里巴巴創(chuàng)新研究計劃等的經(jīng)費支持和幫助。
文章來源半導(dǎo)體材料與工藝設(shè)備
《自然·材料》重磅：中美合作制備出石墨烯兄弟——單層錫烯！
其中，角分辨光電子能譜結(jié)果表明，錫烯由于自旋軌道耦合打開的拓撲能隙約0.3電子伏特，遠超室溫?zé)釢q落能量，使其具備應(yīng)用于近室溫的拓撲量子器件的潛質(zhì)。進一步的理論計算還預(yù)言了在純平蜂窩結(jié)構(gòu)的鍺烯和鉛烯中也存在類似的拓撲特性，從而構(gòu)成了一類新型的二維拓撲量子材料家族。
具有拓撲能帶反轉(zhuǎn)和大拓撲能隙的純平錫烯的實驗實現(xiàn)，為類石墨烯的拓撲物性研究開辟了一條新的研究路線，將對二維量子材料的研究和應(yīng)用開發(fā)起到重要推動作用。后續(xù)擬開展的研究工作將通過優(yōu)化襯底和增加?xùn)艠O以隔絕襯底電子相互作用并實現(xiàn)拓撲能隙的調(diào)控，為最終制備可實用的室溫拓撲器件提供研究基礎(chǔ)。
中國科大博士生鄧家良、清華大學(xué)博士生夏炳煜以及中國科大博士生馬曉川為論文的共同第一作者。此項研究得到科技部、教育部、中組部、國家自然科學(xué)基金委、中國科大、清華大學(xué)等機構(gòu)的大力支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41563-018-0203-5
來源：高分子科學(xué)前沿
展開 牛津大學(xué)今日Nature：石墨烯領(lǐng)域獲新突破！納米帶還可以這么玩
納米級寬度的石墨烯帶（納米帶）能夠表現(xiàn)出半金屬性和量子限制效應(yīng)。對于自旋電子學(xué)和量子計算器件來說，石墨烯納米帶的相干操作前景可觀，研究人員已經(jīng)從理論角度對其磁性邊緣進行了廣泛的研究。然而，納米帶的邊緣不能以原子精度產(chǎn)生，同時石墨烯末端化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，這兩個問題一直阻礙著研究的進展。
【成果簡介】
北京時間2018年5月31日，Nature在線發(fā)表了英國牛津大學(xué)材料系Lapo Bogani（通訊作者）團隊題為“Magnetic edge states and coherent manipulation of graphene nanoribbons”的文章，通過穩(wěn)定的自旋軸承基團功能化分子石墨烯納米帶，研究解決了其研究進程中的兩大問題。實驗觀察到預(yù)測的非局域磁邊緣狀態(tài)，并測試了自旋動力學(xué)和自旋-環(huán)境相互作用的理論模型。與非石墨化的參考材料相比，能夠清楚地識別自由基功能化石墨烯納米帶的特征行為。研究量化了自旋軌道耦合的參數(shù)，定義了相互作用模式，并確定了自旋退相干通道。即使沒有任何優(yōu)化，自旋相干時間能夠在室溫下的微秒范圍內(nèi)，實現(xiàn)邊緣和自由基自旋之間的量子反演操作。該課題提供了一種在石墨烯納米帶實驗中測試磁性理論的方法。研究觀察到的相干時間開辟了在量子自旋電子器件中使用磁性納米帶的新里程碑。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1. 功能化的石墨烯納米帶
圖2. 靜態(tài)光譜和磁性相互作用路徑
圖3. 自旋晶格弛豫和自旋相干時間
圖4. 石墨烯納米帶中的超精細耦合和多旋轉(zhuǎn)可操作性
文獻鏈接：Magnetic edge states and coherent manipulation of graphene nanoribbons（Nature,2018,DOI: 10.1038/s41586-018-0154-7）
展開 新制造工藝：有望實現(xiàn)高速低功耗光電子芯片！
此外，光學(xué)使能的芯片將帶來新型的數(shù)據(jù)安全和硬件鑒權(quán)、應(yīng)用于第五代（5G）無線通信網(wǎng)絡(luò)的更加強大的芯片、量子信息處理器件和量子計算器件。
關(guān)鍵字
半導(dǎo)體、芯片、電子、光子、工藝
二維錫烯拓撲材料研究取得重要進展！
其中，角分辨光電子能譜結(jié)果表明，錫烯由于自旋軌道耦合打開的拓撲能隙約0.3電子伏特，遠超室溫?zé)釢q落能量，使其具備應(yīng)用于近室溫的拓撲量子器件的潛質(zhì)。進一步的理論計算還預(yù)言了在純平蜂窩結(jié)構(gòu)的鍺烯和鉛烯中也存在類似的拓撲特性，從而構(gòu)成了一類新型的二維拓撲量子材料家族。
純平蜂窩結(jié)構(gòu)錫烯的制備和原子尺度形貌圖（1-3）、結(jié)構(gòu)模型（4-5）、理論計算（6）和實驗觀測到的電子能帶結(jié)構(gòu)（7-8）。
具有拓撲能帶反轉(zhuǎn)和大拓撲能隙的純平錫烯的實驗實現(xiàn)，為類石墨烯的拓撲物性研究開辟了一條新的研究路線，將對二維量子材料的研究和應(yīng)用開發(fā)起到重要推動作用。后續(xù)擬開展的研究工作將通過優(yōu)化襯底和增加?xùn)艠O以隔絕襯底電子相互作用并實現(xiàn)拓撲能隙的調(diào)控，為最終制備可實用的室溫拓撲器件提供研究基礎(chǔ)。
中國科大博士生鄧家良、清華大學(xué)博士生夏炳煜以及中國科大博士生馬曉川為論文的共同第一作者。此項研究得到了科技部、教育部、中組部、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、清華大學(xué)等機構(gòu)的大力支持。
附：《Nature Materials》論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41563-018-0203-5
（合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）
具體通知內(nèi)容請聯(lián)系：招生辦公室 電話：15510057995 QQ：85329991
關(guān)于lammps分子動力學(xué)和vasp第一性原理的專題研討會詳情鏈接：http://flac3d.cn/hdp/lam/zsb.html
展開 Nature Mater. 中科大等在二維材料方面重要進展！
其中，角分辨光電子能譜結(jié)果表明，錫烯由于自旋軌道耦合打開的拓撲能隙約0.3電子伏特，遠超室溫?zé)釢q落能量，使其具備應(yīng)用于近室溫的拓撲量子器件的潛質(zhì)。進一步的理論計算還預(yù)言了在純平蜂窩結(jié)構(gòu)的鍺烯和鉛烯中也存在類似的拓撲特性，從而構(gòu)成了一類新型的二維拓撲量子材料家族。
純平蜂窩結(jié)構(gòu)錫烯的制備和原子尺度形貌圖（1-3）、結(jié)構(gòu)模型（4-5）、理論計算（6）和實驗觀測到的電子能帶結(jié)構(gòu)（7-8）。
具有拓撲能帶反轉(zhuǎn)和大拓撲能隙的純平錫烯的實驗實現(xiàn)，為類石墨烯的拓撲物性研究開辟了一條新的研究路線，將對二維量子材料的研究和應(yīng)用開發(fā)起到重要推動作用。后續(xù)擬開展的研究工作將通過優(yōu)化襯底和增加?xùn)艠O以隔絕襯底電子相互作用并實現(xiàn)拓撲能隙的調(diào)控，為最終制備可實用的室溫拓撲器件提供研究基礎(chǔ)。
中國科大博士生鄧家良、清華大學(xué)博士生夏炳煜以及中國科大博士生馬曉川為論文的共同第一作者。此項研究得到了科技部、教育部、中組部、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、清華大學(xué)等機構(gòu)的大力支持。
來源：材料科學(xué)與工程
展開 電子陶瓷的應(yīng)用前景及發(fā)展趨勢詳解
在電子工程方面，可以制成超導(dǎo)、超導(dǎo)場效應(yīng)晶管、超導(dǎo)量子干涉器、超導(dǎo)磁通量子器件等器件。此外，將高溫超導(dǎo)應(yīng)用于超高頻可用作毫米波通信，將會使電視畫面更清晰。
電子陶瓷的發(fā)展趨勢
電子陶瓷元器小型化與微型化
隨著移動通信和衛(wèi)星通信的迅速發(fā)展，對器件小型化、微型化的要求越來越迫切，而電子元器件特別是大量使用的以電子陶瓷材料為基礎(chǔ)的各類無源元器件，是實現(xiàn)整機小型化、微型化的主要瓶頸。
論集成電路發(fā)展的挑戰(zhàn)與機遇
進入到納米尺度,集成電路技術(shù)面臨著系列物理限制的挑戰(zhàn),有來自于基本物理規(guī)律的物理極限,也有材料、技術(shù)、器件、系統(tǒng)和傳統(tǒng)理論方面物理挑戰(zhàn)。一是基本物理規(guī)律挑戰(zhàn)。計算機處理信息是一個進行布爾邏輯運算的過程,涉及到布爾邏輯間的轉(zhuǎn)換。計算機或集成電路處理信息過程是一個物理過程,需滿足物理規(guī)律限制[3]。包括電磁學(xué)、量子力學(xué)測不準(zhǔn)、熱力學(xué)限制。這些是不可逾越的集成電路技術(shù)的物理極限。二是材料方面的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)微電子材料硅襯底、二氧化硅、多晶硅和金屬導(dǎo)電材料等無法滿足集成電路技術(shù)發(fā)展需要，需要尋找新材料。三是技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的集成電路的光學(xué)光刻工藝、離子注入工藝等快接近物理極限,器件無法進一步縮小，需尋找新工藝方法和途徑，包括新一代的替代光刻工藝等。四是器件方面的挑戰(zhàn)。按摩爾定律預(yù)測,mos器件開關(guān)僅需少數(shù)幾個電子參與,mos器件經(jīng)典理論將不適用，須采用新器件結(jié)構(gòu)和新器件工作原理。五是系統(tǒng)方面的挑戰(zhàn)。包括互連延遲、系統(tǒng)散熱問題等挑戰(zhàn)。在集成電路實現(xiàn)光互連,尚有許多基礎(chǔ)物理和技術(shù)問題需解決[4]。六是傳統(tǒng)物理理論的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)微電子學(xué)理論的挑戰(zhàn)。微電子學(xué)大部分理論基礎(chǔ)是基于經(jīng)典物理理論，需利用量子力學(xué)理論等。 上述來自理論與技術(shù)層面對集成電路的挑戰(zhàn)，需要在多方面下功夫，首先應(yīng)積極適應(yīng)集成電路技術(shù)的多維發(fā)展模式。其次是通過克服在材料、技術(shù)、物理基礎(chǔ)方面遇到的挑戰(zhàn),按特征尺寸按比例縮小途徑發(fā)展。其三是發(fā)展納米結(jié)構(gòu)的自組裝技術(shù)等。其四是將納米低維材料與集成電路技術(shù)結(jié)合,開發(fā)新型納米電路。其五是研究量子器件,發(fā)展量子邏輯運算等。其六是將集成電路技術(shù)形成新學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域，提高處理信息和應(yīng)用信息能力,提高社會信息化程度。 四、集成電路面臨的機遇 2010年，全球印制電路產(chǎn)業(yè)走出金融危機影響，進入新一輪增長期，中國是增長最快國家之一。
展開 基于第三代半導(dǎo)體材料的壓電電子學(xué)和壓電光電子學(xué)
作者從計算與模擬壓電半導(dǎo)體材料的物理特性與器件特性的不同研究角度，分別詳細介紹了密度泛函、分子動力學(xué)以及有限元方法，從不同角度總結(jié)了計算驅(qū)動下的壓電半導(dǎo)體材料設(shè)計優(yōu)化以及壓電電子學(xué)與壓電光電子學(xué)器件性能優(yōu)化的理論、計算與器件仿真方法。此外，作者總結(jié)了壓電電場調(diào)控量子器件的模型和理論，如壓電電場調(diào)控拓撲絕緣體特性等。文章不僅對近年來壓電電子學(xué)與壓電光電子學(xué)理論進展和器件應(yīng)用作了總結(jié)和介紹，同時也為設(shè)計和發(fā)展新型高性能量子壓電電子學(xué)與壓電光電子學(xué)器件的基礎(chǔ)理論與設(shè)計仿真提供了新的平臺與思路。(Zhang, Y., Leng, Y., Willatzen, M., & Huang, B. (2018). Theory of piezotronics and piezo-phototronics. MRS Bulletin, 43(12), 928-935. doi:10.1557/mrs.2018.297)
圖一
a 壓電電子學(xué)效應(yīng)調(diào)控拓撲絕緣體；（i）CdTe/HgTe/CdTe拓撲絕緣體，（ii）能帶圖b 壓電效應(yīng)調(diào)控拓撲絕緣體輸運特性；（i）外力調(diào)控電導(dǎo)臺階，（ii）邊沿態(tài)電子密度分布
【成果二】壓電電子學(xué)材料和大規(guī)模壓電電子學(xué)陣列器件
中科院納米能源所胡衛(wèi)國研究員、新南威爾士大學(xué)Kourosh Kalantar-zadeh教授和成功大學(xué)Chuan-Pu Liu教授在期刊MRS BULLETIN撰寫了《壓電電子學(xué)材料和大規(guī)模壓電電子學(xué)陣列器件》的綜述論文，系統(tǒng)回顧了壓電電子學(xué)分立器件到大規(guī)模壓電集成電路的最新進展，以及展望將來壓電電子學(xué)材料器件的研究和應(yīng)用。
展開 Nature子刊：中科大郭光燦院士團隊，量子存儲領(lǐng)域重要進展！
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團隊在量子存儲領(lǐng)域取得重要進展，該團隊李傳鋒、周宗權(quán)等人成功研制出多自由度并行復(fù)用的固態(tài)量子存儲器，在國際上首次實現(xiàn)跨越三個自由度的復(fù)用量子存儲，并展示了時間和頻率自由度的任意光子脈沖操作功能。該成果8月24日發(fā)表在國際權(quán)威期刊《自然?通訊》上。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-018-05669-5
由于不可克服的光纖信道損耗，目前地面安全量子通信距離被限制在百公里量級。基于量子存儲器的量子中繼方案可以有效克服信道損耗從而拓展量子通信的工作距離，所以量子存儲器是未來長程量子通信和量子網(wǎng)絡(luò)的核心器件。量子網(wǎng)絡(luò)實用化的關(guān)鍵指標(biāo)是通信速率，而多模式復(fù)用量子存儲器可以極大地提升量子網(wǎng)絡(luò)的通信速率。對于經(jīng)典的存儲器，如硬盤或者優(yōu)盤等，其一個存儲單元一次只能存儲一個比特。而對量子存儲器，由于具有量子相干性，其一個存儲單元可以一次性存儲大量的量子比特，這就是復(fù)用的概念。原則上對量子存儲器的各個自由度都可以進行復(fù)用。
近年來，李傳鋒研究組一直致力于基于稀土摻雜晶體的復(fù)用量子存儲的實驗研究。2015年首次利用光子的空間自由度實現(xiàn)復(fù)用量子存儲，存儲維度數(shù)達到51維，至今保持固態(tài)量子存儲維度數(shù)最高水平[Physical Review Letters 115, 070502 (2015)]，復(fù)用時，可以把每一維作為一個模式，那么空間自由度就有51個模式。同年，利用光子的時間自由度，實現(xiàn)了100個模式的確定性單光子量子存儲，至今保持復(fù)用固態(tài)量子存儲的模式數(shù)最高水平[Nature Communications 6, 8652 (2015)]。
為了進一步提升量子存儲器的復(fù)用能力，研究組創(chuàng)新性地采用多自由度并行復(fù)用的存儲方案。
展開 香港理工&中科大《Nature Mater》：大規(guī)模制備少層二維黑磷！
黑磷(Black phosphorus, BP)，作為一種具有可控帶隙和高載流子遷移率的層狀半導(dǎo)體，是原子厚度晶體管器件中最有前途的候選材料之一。然而，缺乏大規(guī)模的生長技術(shù)，極大地阻礙了其在設(shè)備上的發(fā)展。
在此，來自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的陳仙輝和香港理工大學(xué)的郝建華等研究者報道了利用脈沖激光沉積，在厘米尺度上生長超薄BP。相關(guān)論文以題為“Large-scale growth of few-layer two-dimensional black phosphorus”發(fā)表在Nature Materials上。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41563-021-01001-7
黑磷(BP)，是一種重新發(fā)現(xiàn)的二維(2D)半導(dǎo)體，具有很好的載流子遷移率和廣泛可調(diào)諧的帶隙(Eg)從0.3 eV到約2ev的單層，包括用于晶體管器件的傳統(tǒng)半導(dǎo)體的Eg值的大小(例如，Eg，Si~1.12 eV和Eg, GaAs~1.44 eV)。此外，BP還展示了多種獨特的性質(zhì)，這些特性對于從納米電子學(xué)、納米光子學(xué)到量子器件和超導(dǎo)體等多種應(yīng)用都很有價值。這些特點使BP成為2D應(yīng)用的理想候選，最終突破了2D材料在信息產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展障礙，奠定了2D材料在信息產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用基礎(chǔ)。
自BP被發(fā)現(xiàn)以來，數(shù)層BP膜的可控大規(guī)模生長，一直是一個長期存在的主要問題，與其良好的應(yīng)用前景相反，缺乏解決方案極大地阻礙了其進一步的研究和實際應(yīng)用。迄今為止，自上而下剝離的BP薄膜規(guī)模有限，形狀不規(guī)則，而且基于紅磷的同素變性方法，無法獲得具有原子厚度的高質(zhì)量薄膜。近年來，化學(xué)氣相沉積法(CVD)使BP的自底向上合成成為可能，但僅獲得了橫向尺寸達數(shù)十微米的少量薄片。
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