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Nature发表！首次构筑“异维超结构”，北理工突破传统物质结构认知！

大学作者：北京理工大学 2022-09-01 07:36:34

喜迎二十大奋进新征程

2022年8月31日，北京理工大学物理学院周家东教授、姚裕贵教授，北京大学吴孝松教授，日本Kazu Suenaga教授和南洋理工大学刘政教授在Nature上发表文章《Heterodimensional superlattice with in-plane anomalous Hall effect》，首次提出并构筑出全新的异维结构物质，并基于该物质观察到室温面内反常霍尔效应，该结构的成功构筑突破了对传统物质和结构的认知，为新物质和新奇物性研究开创了新的方向。

超晶格结构一般是由不同的母体材料按照一定的周期排列形成一种不同于母体材料的新物质，该新结构的物质有望表现出母体所不具有的新奇物性，如铁磁、铁电和超导等，在电子、光电子和新型信息器件领域有着潜在的应用价值。传统的超晶格结构主要是由相同维度物质按照一定的排列组合方式形成，如3D-3D、2D-2D以及1D-1D结构等。同时这些传统的超晶格结构主要是使用分子束外延方法制得。

二维（2D）材料的发现为构筑新型超晶格结构提供了新的可能。结构构筑是指将不同的2D材料和其他结构的材料通过人工构筑或者化学气相沉积方法构筑出插层或不同维度的异质结构。然而，纵观超晶格结构从1970年提出及制备至今，由不同维度物质组成的本征超晶格结构的实现尤其困难。针对这一难题，周家东教授等首次提出并实现了一种全新的异维超晶格结构，该异维超结构由2D VS2和1D VS相互交叉排列，形成全新的2D - 1D的本征异维超结构形式。基于该物质的独特结构，超结构表现出室温面内大反常霍尔效应。这一新的发现开启了构筑新物质、发现新物性的全新方向。

图1：VS2-VS异维超结构的制备与光学等表征结果

有别于传统超晶格结构的制备，该新型异维超结构的实现具有里程碑意义：

1）制备方法突破：传统的超结构的制备多使用分子束外延方法；以2D材料为母体材料的超结构的制备多为人工构筑，这导致材料界面干净整洁度等较难控制，无法观察到物质的本征特性，该超结构的一步法VLS生长机制为构筑新物质提供了方向。

2）材料认知突破：由2D材料和1D线周期性相互交叠形成稳定的异维超结构，该结构的厚度可以调整，从几十纳米到几纳米都可以实现。突破传统超结构物质只能形成有相同维度物质或者不同物质的简单插层，推动了物质领域的发展。

图2：异维VS2-VS超晶体的原子结构

3）新奇物性突破：由于1D VS的存在，并与2D VS2相互耦合，使得2D-1D异维超结构表现出完全不同于VS2、V5S8等物质的室温面内大反常霍尔效应。推动了不同维度物质之间的耦合，为实现新奇物性如室温铁磁半导体特性、高温量子反常霍尔效应等提供可能。

图3：VS2-VS异维超结构的面内反常霍尔效应

注：该工作得到科技部重点研发计划项目、国家自然基金委面上项目、国家青年人才计划、国家自然基金委重点项目、北京理工大学创新项目和省部级量子实验室等项目的支持。

作者介绍

周家东

北京理工大学物理学院教授

2017年博士毕业于新加坡南洋理工大学，随后以博士后身份在新加坡南洋理工大学进行研究工作。2020年入职北京理工大学，同年入选国家青年人才计划。担任《Chinese Chemical Letters》编委，《Materials Horizons》《Rare Metals》《Smartmat》《Nano Research》等期刊青年编委。致力于新型二维量子与半导体材料的可控制备、新奇物性及应用研究。至今发表论文100余篇，包含《Nature》正刊（2篇），《Nat Mater》，《Nat Electron》，《Nat Commun》等，累计引用6400余次，h因子41。2022年以来，以北京理工大学为通讯单位或者第一单位连续在《Nat. Electronics》、《Nat. Mater. 》和《Nature 》正刊发表研究成果。

卓越成果的取得

得益于学校深入实施

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近年来，北理工人才数量快速增长

创新成果不断涌现

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留得住、长得好、飞得高”的

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2016年以来，学校连续举办了8届“特立论坛——国际青年学者论坛”，并组织海外专场，组织“走进北理”活动；设立23个海外人才工作站，充分发挥工作站效能，赴国际著名高校开展招聘会50余场，对国际化人才“敞开大门”；建立大数据分析系统，聚焦引才群体，点对点联系海外青年学者，邀请他们回国发展，共筑“中国梦”“北理梦”。

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学校针对人才不同阶段的发展需求提供精准支持，形成人尽其才的生动局面。实施创新团队计划，围绕关键技术“卡点”，组建集成攻关团队，形成了“大师+团队”的队伍建设模式，构建了“引进一个、吸引一批、带动一片”的人才引育新机制。目前已建立6个创新中心和10个青年科学家工作室。实施“特立青年学者”人才支持计划，鼓励优秀青年学者瞄准学术科技前沿，围绕国家重大战略需求开展科学研究，2018年实施以来，72%的特立青年学者入选国家级青年人才项目。实施“青年教师学术启动计划”，支持新入职青年教师凝练学术发展方向，2016年以来，累计支持900余人，为青年教师的科研起步提供了有力保障。实施“特立博士后”计划，2019年实施以来，81%的特立博士后在站期间主持国家级基金或项目。

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学校为青年人才搭建了常态化的学术交流平台，促进青年人才思想碰撞和多学科交叉融合，帮助青年人才开拓学术视野，助推学术合作。举办“院士大讲堂”“百家大讲堂”“交叉科学论坛”“前沿交叉论坛”“特立青年学者交流座谈会”等，通过“报告、提问、讨论”的互动模式，促进青年人才与“学术大咖”“专家名师”近距离深入交流、相互渗透、协同发展，帮助青年人才找到志同道合的合作伙伴。

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北理工常态化开展聘期评估交流报告会

累计招收博士后1000余人，在站规模近700人，接近“十三五”建设初期的6倍，其中博士毕业于国（境）外高校人员占比从5%提升至13%。2021年，博士后获批各类基金项目235项，其中获批国家自然科学基金青年项目98项，占全校同类基金获批总数56%；出站留校任教人数占比44%，博士后已发展成为学校青年教师的后备力量和科技创新的生力军。

未来，学校将着力打造“54321”创新人才金字塔，大力实施五大人才计划、五大提升专项，深化五大改革任务，为中国特色世界一流大学建设提供强有力的人才支撑。

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