單鏈一維范德華材料制備研究取得進展

　　隨著半導體器件持續向更小尺寸、更高集成度發展，傳統光刻技術已逼近物理極限，芯片熱效應、載流子調控等瓶頸日益凸顯，亟需研發突破尺寸極限的新型電子材料。單鏈一維范德華材料在兩個維度上均已接近原子尺度極限。傳統的超聲剝離、機械剝離以及堿金屬插層等方法，在應用中容易導致鏈結構發生斷裂。長期以來，狹義一維材料的制備難以實現，成為制約該領域發展的瓶頸。

　　近日，中國科學院化學研究所科研團隊在單鏈一維范德華晶體的可控制備研究中取得進展，首次制備出狹義一維材料即高純度原子級單鏈晶體。

　　科研團隊發展了電化學嵌入與溫和降維剝離相結合的方法，有效解決了傳統方法易斷鏈、缺陷多、單鏈難以獲得的難題，實現了高純度、長程有序的原子級一維范德華單鏈制備。以典型PdGeS3一維范德華晶體為研究體系，通過精確控制電化學插層過程，大幅弱化鏈間范德華作用力，結合無超聲、低損傷的溫和剝離方式，最終獲得厚度0.3nm、寬度0.8nm、長度達微米級、單鏈比例高達90%的單鏈一維范德華晶體。

　　系統表征表明，該單鏈材料邊緣原子級光滑、表面無懸鍵、結晶度高、空氣穩定性優異，是一種傳輸帶隙約為2.1eV的半導體。在此基礎上，團隊成功構筑單電子晶體管，觀測到庫侖阻塞、周期性庫侖菱形等典型單電子輸運行為，證明該單鏈材料可作為理想的原子尺度量子傳輸通道，為單電子器件與量子技術研究提供新的研究基礎。該方法具有良好的普適性，可進一步拓展至SbPS4、Ta2Pd3Se8、Ta2Pt3Se8等多種一維范德華體系，為構建覆蓋絕緣體、半導體、導體到超導體等寬物性范圍的單鏈一維范德華晶體庫奠定了基礎。

　　單鏈的亞納米原子級精確寬度突破了半導體行業傳統光刻的尺寸限制，為后摩爾尺度器件制備及緩解高密度集成電路中芯片熱效應提供了新路徑。同時，其明確的化學結構與原子級平滑的范德華邊緣，使其成為低維基礎物理研究與亞納米功能器件開發的理想平臺。

　　相關研究成果發表在《自然-合成》（Nature Synthesis）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、中國科學院等的支持。

單鏈一維范德華材料PdGeS3的制備及表征