低维光电材料领域多项成果登上《自然》《科学》

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近日，虹口区科研阵营接连传来重磅消息——中国科学院上海技术物理研究所红外科学与技术全国重点实验室在低维光电材料领域取得系列突破性进展，多项研究成果相继发表于《自然》（Nature）、《科学》（Science）、《自然·材料》（Nature Materials）及《自然·通讯》（Nature Communications）等国际顶级学术期刊，标志着虹口区在原子级材料制造、低维超导及体光伏效应等前沿方向跻身国际领先行列。

原子级制造突破：单晶金属电极直生长技术登上《科学》

随着半导体器件微缩逼近物理极限，金属电极的单晶性日益成为性能提升的关键瓶颈——晶界散射、原子失配及电势不均等微观效应正严重制约器件表现。如何制备与半导体单晶结构相匹配的单晶金属，已成为突破接触限制的核心课题。

褚君浩院士团队联合复旦大学、湖南大学、新加坡国立大学等，创新提出单晶金属薄膜原位分步蒸镀技术（Step-Eva）。该技术利用热蒸发设备，通过原子级低剂量沉积与间歇停顿交替进行，有效降低成核密度、促进晶畴横向生长与合并，犹如“叠放俄罗斯方块”般使原子有序排列，最终在二维半导体表面原位形成长程有序、晶向一致的大面积单晶金属薄膜。

该方法已成功实现铋（Bi）、银（Ag）、铟（In）、金（Au）和钯（Pd）等多种单晶金属的普适制备。基于单晶金属接触构筑的二维半导体器件，费米能级钉扎效应显著减弱，N型和P型晶体管开关比均超过10¹⁰，沟道长度缩短至50nm时开态电流均高于1.1mA μm⁻¹，接触电阻分别低至36 Ω·μm和145 Ω·μm，性能达国际领先水平。相关成果于8月27日发表于《科学》杂志。

低维氧化物普适制备：室温铁磁半导体刷新居里温度纪录

针对低维金属氧化物单晶薄膜普适制备中长期存在的晶畴取向调控难题，张克难研究员联合美国麻省理工学院、香港科技大学、温州大学等团队，提出范德华表面重构外延策略，首次在Co、Ni、Fe、Mn等系列金属氧化物中实现严格单一取向外延，并获得厘米级低维单晶薄膜。

该策略突破了传统外延对组分变化的敏感性，兼容掺杂工程，为探索新奇物性提供了通用平台。团队成功获得迄今居里温度最高（430 K）的室温铁磁半导体Fe–CoO单晶薄膜，为新型自旋电子器件奠定关键材料基础。相关成果发表于《自然·材料》。

低维超导：一英寸单层NbSe₂实现环境稳定生长

在上述工作基础上，团队针对易氧化、大面积高质量制备困难等瓶颈，发现了一种全新的“封装外延”机制，实现了面积超过1英寸、环境稳定的单层NbSe₂超导薄膜生长，可在空气环境下直接完成器件加工，并观察到转变温度177 K的增强电荷密度波。

结合自主发展的无氧化转移及超导边缘接触工艺，团队成功将该材料集成于超导电路，获得约0.7 nH/□的高动力学电感，为高动力学电感量子器件及超导量子电路的晶圆级单片集成提供了全新的材料与技术路径。相关成果发表于《自然》。

十字异质结构设计：体光伏效应实现巨幅增强

与此同时，复旦大学、华东师范大学、中科院上海技物所联合团队在二维异质结体光伏效应研究中取得原创突破，成果发表于《自然·通讯》。

传统二维材料体系中，体光伏（BPV）效应的多重光生机制相互混杂，难以区分界面与层内光电响应，制约器件性能的定向优化。研究团队设计出十字交叉型MoS₂/Ta₂NiSe₅范德华异质结，通过层间堆叠打破MoS₂中心反演对称性，仅在叠合区域产生巨体光伏响应。

正交器件几何可独立解析层内、界面两类光生通道，成功分离竞争光物理过程。MoS₂与Ta₂NiSe₅间的自发界面电荷转移构筑了强层间电子耦合，通过背栅与垂直电场协同调控，最优工况实现零偏光电流密度247 A/cm²、体光伏系数0.99 V⁻¹。该极简异质结构为可重构自驱动光电探测器、宽带光电探测及纳米能量收集器件提供了通用开发范式。

上述系列成果的第一完成单位均为位于虹口区的中国科学院上海技术物理研究所红外科学与技术全国重点实验室。研究得到国家自然科学基金卓越研究群体项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、中国科学院先导专项B类等支持。

从单晶金属原子级制造到室温铁磁半导体，从环境稳定超导薄膜到界面体光伏效应，虹口科研力量正以系统性突破展示着低维光电材料领域的创新活力。这些基础研究的厚积薄发，将为新一代信息器件、量子技术及光电器件的发展持续注入源自虹口的原始创新动能。