突破领域瓶颈！北京理工大学最新Nature

超晶格——两种或多种材料的二维层的周期性堆叠——为具有定制特性的工程材料提供了一种通用方案。

2022年8月31日，北京理工大学周家东，姚裕贵，北京大学吴孝松，新加坡南洋理工大学刘政及Kazu Suenaga共同通讯（北京理工大学为第一单位）在Nature 在线发表题为“Heterodimensional superlattice with in-plane anomalous Hall effect”的研究论文，该研究报告了一种本征异维超晶格，由二维二硫化钒 (VS2) 和一维硫化钒 (VS) 链阵列的交替层组成，通过化学气相沉积直接沉积。

这种独特的超晶格具有非常规的 1T 堆叠，具有通过扫描透射电子显微镜识别的 VS2/VS 层的单斜晶胞。当磁场在平面内时，会观察到一种意想不到的霍尔效应，持续高达 380° 开尔文，在这种情况下霍尔效应通常会消失。这种效应的观察得到了理论计算的支持，并且可以归因于由面内磁场引起的面外贝里曲率引起的非常规异常霍尔效应，这与一维 VS 链有关。总之，该研究工作扩展了对超晶格的传统理解，并将激发更多非凡超结构的合成。

超晶格因其在本征材料中不存在的有趣的电子、光学和磁性特性而引起了广泛的关注。一般来说，传统的超晶格是在相同维度的材料之间形成的（如三维（3D）-3D、二维（2D）-2D和一维（1D）-1D超晶格）。最近，二维材料的突破丰富了超晶格家族，包括范德华异质结构、莫尔周期图案和随机插层化合物。例如，各种典型的超晶格——如六方氮化硼/石墨烯和扭曲石墨烯的莫尔超晶格，((GeTe)x/(Sb2Te3)y)n和有机分子（十六烷基三甲基溴化铵）的混合插层黑磷，以及分子二硫化钼——已经实现。

此外，还报道了包括铌基和钒基超晶格以及本征二维超晶格 MnBi2Te4 的插层化合物。这些超晶格具有量子自旋电子器件应用所需的潜在超导性和铁磁性。然而，这些超晶格大多是通过外延生长或通过不同方法堆叠二维材料组装而成的。此外，就结构和尺寸而言，报道的超晶格是 3D-3D、2D-2D 和 1D-1D 超晶格。实现在本征 2D（或 3D）材料和 1D 材料之间形成的本征异维超晶格仍然是实验中的一大挑战。

在这里，该研究报告了通过一步化学气相沉积 (CVD) 方法直接生长的基于钒 (V) 的二维超晶格中的异维本征超晶格结构。该超晶格是二维二硫化钒（VS2）层和一维硫化钒（VS）链阵列的周期性结构，属于具有单斜对称性的C2/m空间群。这种结构在冶金学中是没有预料到的。

由于 2D VS2 和 1D VS 阵列的存在，超晶格 (VS2-VS) 显示出有趣的室温面内反常霍尔效应。这种效应的磁场角度依赖性表明，只有沿特定晶体方向的磁化有贡献。总之，该研究工作为探索具有优异物理性能的异维超晶格开辟了道路。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05031-2

转自：“iNature”微信公众号

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