《自然》：首次構筑異維超結構并發現面內反常霍爾效應

8月31日，北京理工大學物理學院教授周家東、姚裕貴，北京大學教授吳孝松，日本大阪大學教授Kazu Suenaga和新加坡南洋理工大學教授劉政在《自然》上發表文章《首次構筑出異維超結構和發現面內反常霍爾效應》，首次提出并構筑出全新的異維結構物質，并基于該物質觀察到室溫面內反常霍爾效應，該結構的成功構筑突破了對傳統物質和結構的認知，為新物質和新奇物性研究開創了新的方向。

超晶格結構一般是由不同的母體材料按照一定的周期排列形成一種不同于母體材料的新物質，該新結構的物質有望表現出母體所不具有的新奇物性，如鐵磁、鐵電和超導等，在電子、光電子和新型信息器件領域有著潛在的應用價值。傳統的超晶格結構主要是由相同維度物質按照一定的排列組合方式形成，如3D-3D、2D-2D以及1D-1D結構等。同時，這些傳統的超晶格結構主要是使用分子束外延方法制得。

二維（2D）材料的發現為構筑新型超晶格結構提供了新的可能。結構構筑是指將不同的2D材料和其他結構的材料通過人工構筑或者化學氣相沉積方法構筑出插層或不同維度的異質結構。然而，縱觀超晶格結構從1970年提出及制備至今，由不同維度物質組成的本征超晶格結構的實現尤其困難。針對這一難題，周家東等首次提出并實現了一種全新的異維超晶格結構，該異維超結構由2D VS2和1D VS相互交叉排列，形成全新的2D - 1D的本征異維超結構形式。基于該物質的獨特結構，超結構表現出室溫面內大反常霍爾效應。這一新的發現開啟了構筑新物質、發現新物性的全新方向。

有別于傳統超晶格結構的制備，該新型異維超結構的實現有三方面的突破，對相關領域的研究具有里程碑意義。

據課題組介紹，分別是制備方法突破。傳統的超結構的制備多使用分子束外延方法；以2D材料為母體材料的超結構的制備多為人工構筑，這導致材料界面干凈整潔度等較難控制，無法觀察到物質的本征特性，該超結構的一步法VLS生長機制為構筑新物質提供了方向。

材料認知突破。由2D材料和1D線周期性相互交疊形成穩定的異維超結構，該結構的厚度可以調整，從幾十納米到幾納米都可以實現。突破傳統超結構物質只能形成有相同維度物質或者不同物質的簡單插層，推動了物質領域的發展。

新奇物性突破。由于1D VS的存在，并與2D VS2相互耦合，使得2D-1D異維超結構表現出完全不同于VS2、V5S8等物質的室溫面內大反常霍爾效應。推動了不同維度物質之間的耦合，為實現新奇物性如室溫鐵磁半導體特性、高溫量子反常霍爾效應等提供可能。