【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】 在人工智能、量子計(jì)算、高密度存儲技術(shù)飛速迭代的當(dāng)下，二維量子材料憑借原子級的超薄厚度、獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和可調(diào)控的物理特性，已然成為支撐下一代電子器件革新的重要選擇。在眾多二維材料體系中，二維鐵基硫族化合物因具有豐富的結(jié)構(gòu)和相態(tài)、可調(diào)的化學(xué)計(jì)量比，以及由此產(chǎn)生的多樣的物理性質(zhì)而受到廣泛關(guān)注。前期研究在二維硒化亞鐵(FeSe)、碲化亞鐵(FeTe)及相關(guān)插層化合物中發(fā)現(xiàn)了界面超導(dǎo)、二維鐵磁性、拓?fù)浔砻鎽B(tài)、配對密度波和反常磁阻等新奇性質(zhì)，其在自旋電子學(xué)和量子計(jì)算中的應(yīng)用也被寄予厚望。
 

　　其中，硫化亞鐵(FeS)作為一種典型的鐵基硫族化合物，其塊材已被證實(shí)具有交錯(cuò)磁性和室溫自發(fā)霍爾效應(yīng)，是具有潛力的新型磁存儲材料?；趬K材FeS優(yōu)異的磁電性質(zhì)，拓展其二維極限下的材料研究，對挖掘其全新物理特性、拓寬磁存儲應(yīng)用場景具有重要意義。因此，二維FeS的制備和物性研究是領(lǐng)域內(nèi)的前沿課題，但仍鮮有報(bào)道，這主要是因?yàn)槠淇煽刂苽淙源嬖诰薮筇魬?zhàn)。傳統(tǒng)的開放式化學(xué)氣相沉積法會導(dǎo)致前驅(qū)體供給速率過快，容易生成厚塊狀產(chǎn)物；分子篩輔助的前驅(qū)體供給策略雖然能降低前驅(qū)體濃度并得到超薄納米片，但其晶疇尺寸偏小，存在雜質(zhì)污染，且極易形成鐵空位缺陷等，影響其化學(xué)計(jì)量比和晶體質(zhì)量。此外，F(xiàn)eS在二維極限下的電學(xué)、磁學(xué)特性等物性研究仍亟需開展，其在新型磁存儲器件、量子器件中的應(yīng)用也仍亟需發(fā)掘。
 

　　針對以上難題，北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張艷鋒教授課題組聯(lián)合北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心王健教授課題組葛軍特聘副研究員，發(fā)展了一種空間限域化學(xué)氣相沉積策略，成功實(shí)現(xiàn)了超薄、大尺寸、高相純度、高空氣穩(wěn)定性的二維FeS材料的可控生長，并揭示了其獨(dú)特的磁阻交叉效應(yīng)和超高電導(dǎo)率，和其在高性能低維電子學(xué)器件方面的應(yīng)用潛力。相關(guān)成果以《空間限域化學(xué)氣相沉積制備兼具磁阻交叉效應(yīng)與超高電導(dǎo)率的二維硫化亞鐵》(“Space-Confined Chemical Vapor Deposition of 2D FeS With Crossover Magnetoresistance and Ultra-High Conductivity”)為題，于2026年6月25日在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上發(fā)表。
 

　　相較于傳統(tǒng)制備工藝，這項(xiàng)工作提出的空間限域化學(xué)氣相沉積策略將兩塊云母生長襯底疊放，在兩片襯底之間形成了限域空間，穩(wěn)定了前驅(qū)體的供給速率和化學(xué)配比。選用的原子級平滑的云母襯底顯著降低了前驅(qū)體在生長襯底表面的遷移勢壘，有利于材料的橫向生長。這些因素使得在生長過程中避免了厚塊狀產(chǎn)物的形成，最終實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量二維FeS的可控制備。
 

　　隨后，對獲得的樣品進(jìn)行了一系列全面的跨尺度表征，結(jié)果表明二維FeS單晶納米片晶體質(zhì)量優(yōu)異，化學(xué)計(jì)量比精準(zhǔn)(1：1)，缺陷密度低，且具備良好的空氣穩(wěn)定性，為后續(xù)物性研究和器件應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的材料基礎(chǔ)。
 

　　依托高質(zhì)量的二維金屬性FeS樣品，團(tuán)隊(duì)第一次系統(tǒng)揭示了該材料獨(dú)特的物理性質(zhì)。在磁學(xué)性質(zhì)上，研究發(fā)現(xiàn)二維FeS具備符號可調(diào)的磁阻交叉特性。不同于常規(guī)材料單一的磁阻響應(yīng)規(guī)律，二維FeS會隨溫度降低(從300K降至2K)呈現(xiàn)出“正-負(fù)-正”的磁阻特征切換，且在室溫環(huán)境下仍能保持不飽和的磁阻響應(yīng)。這一獨(dú)特的交叉效應(yīng)，讓二維FeS具備較大的磁性調(diào)控空間，為新型磁阻存儲器、自旋電子器件的研發(fā)提供了全新的材料體系。另一方面，該材料擁有媲美傳統(tǒng)導(dǎo)電金屬的超高電導(dǎo)率(可達(dá)2.8×107 S m−1)，遠(yuǎn)超大多數(shù)同類二維金屬性材料。同時(shí)，其與備受關(guān)注的二維半導(dǎo)體材料(如單層MoS2)具備匹配的功函數(shù)，可作為高性能接觸電極應(yīng)用于場效應(yīng)晶體管的構(gòu)筑。經(jīng)測試，相較于傳統(tǒng)Ti/Au金屬電極，采用二維FeS作為接觸電極的器件遷移率是傳統(tǒng)電極接觸器件的3倍，這大幅提升了低維電子器件的性能。
 

　　在基礎(chǔ)物理研究層面，這項(xiàng)工作補(bǔ)充了二維極限下鐵基硫化物物性研究的結(jié)果，為深入探索二維交錯(cuò)磁性等前沿基礎(chǔ)物理問題，提供了新的材料載體。從器件應(yīng)用層面，二維FeS集可調(diào)磁阻特性、超高電導(dǎo)、高大氣穩(wěn)定性、優(yōu)異界面適配性于一體，有望實(shí)現(xiàn)“一材多用”：既可以作為核心功能材料，應(yīng)用于下一代磁阻存儲器件；也可作為高性能電極與互連材料，適配基于二維材料的低維電子學(xué)器件，為微型化、高性能電子設(shè)備的迭代升級提供新方案。
 

　　北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院博士生周桐為論文第一作者，張艷鋒和葛軍為論文共同通訊作者。論文得到了王健，北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院林立研究員、孟繁琦博士，以及北京大學(xué)材料加工與測試中心的支持和幫助。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家科技重大專項(xiàng)等的大力支持。
 

　　引用：張艷鋒課題組與合作者實(shí)現(xiàn)了二維鐵基硫化物材料的可控生長，揭示了其獨(dú)特的磁阻交叉效應(yīng)和超高電導(dǎo)率 北京大學(xué) 【引用時(shí)間：2026年7月9日】