不到100天 兩篇Nature!!!

9月6日，南京大學高力波教授、徐潔博士和南方科技大學林君浩副教授帶領團隊在Nature上發表了題為“Stack growth of wafer-scale van der Waals superconductor heterostructures”的論文，報道了一種新的“由高到低”的生長策略，即以制備較高溫度穩定性的二維材料為底層材料，在其上穩定溫度稍低的二維材料，從而實現逐層堆疊生長vdWH。

而將時間往回撥80余天。6月14日，武漢大學付磊教授、曾夢琪教授、郭宇錚教授，南方科技大學林君浩教授在Nature上發表了“Liquid metal for high-entropy alloy nanoparticles synthesis”的論文，報道了一種全新的液態金屬輔助高熵合金納米顆粒合成方法，能在較溫和的實驗條件下獲得多種元素均勻互溶的高熵合金納米顆粒。

能夠發表一篇Nature正刊已是非常了不起，而南方科技大學林君浩教授在不到3個月時間里就有2篇Nature正刊發表！！！

讓我們先簡單回顧一下這兩篇Nature的成果

【高熵合金】

武漢大學付磊教授、曾夢琪教授、郭宇錚教授，南方科技大學林君浩教授（共同通訊作者）提出了一種全新的液態金屬輔助高熵合金納米顆粒合成方法，能在較溫和的實驗條件下獲得多種元素均勻互溶的高熵合金納米顆粒。其利用納米級分散的液態金屬作為儲層，與各種金屬鹽混合為前驅體。然后，金屬鹽發生熱分解和氫還原，金屬元素在液態金屬中混合，從而使得在923 K處形成HEA-NPs。樣品自然冷卻至室溫，冷卻速率相對較低。根據高角度環形暗場掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）圖像和能量色散X射線光譜（EDS）顯示，液態Ga納米顆粒（NP）被前驅體中由氧化鎵和混合金屬鹽（由快速傅里葉變換（FFT）模式證實）組成的無定形涂層均勻包圍。前驅體中的兩個相鄰的GaNP也被均勻分布的金屬鹽包圍。此外，作者還合成了具有不同Ga原子百分比的HEA-NPs，從而證明了產品中Ga含量的可調性。HEA-NPs的大小可以通過Ga-NPs的大小，反應溫度和時間來調整。因此，Ga NPs越小，溫度越低，反應時間越短，HEA-NPs就越小。相關研究成果以“Liquid metal for high-entropy alloy nanoparticles synthesis”為題發表在Nature上。

圖一、HEA-NPs的合成與表征?2023 Springer Nature

圖二、HEA-NPs的元素和結構表征?2023 Springer Nature

【二維范德華異質結】

南京大學高力波教授、徐潔博士和南方科技大學林君浩副教授帶領團隊提出了一種新的“由高到低”的生長策略，即以制備較高溫度穩定性的二維材料為底層材料，在其上穩定溫度稍低的二維材料，從而實現逐層堆疊生長vdWH。他們成功實現了將27種二組元、15種三組元、5種四組元和3種五組元二維材料組成的異質結。同時，堆垛其中的每種二維材料的層數都能夠精確可控。這一系列的二維材料范德華異質結的成功制備為后續的物性研究和器件制造提供了豐富的超導異質結材料庫和有效的制備方法。研究成果以以“Stack growth of wafer-scale van der Waals superconductor heterostructures”為題，2023年9月6日在線發表于Nature期刊。

圖?1.（a）藍寶石上堆積生長的雙組塊vdWSH的光學照片以及對應的拉曼光譜，包括底部單層MoS₂和頂部三層NbSe₂薄膜；（b）NbSe₂\PtTe₂薄膜的AFM圖像以及對應的截面高度曲線；（c）4英寸五組元vdWSH薄膜照片；（d）WS₂\MoS₂\NbSe₂\PtSe₂異質結的截面STEM圖像以及對應元素的EDS元素分布曲線；（e）WS₂\NbSe₂薄膜的面內STEM圖像，插圖是堆疊區域的FFT圖像；（f）堆疊生長的多種二組元vdWH中的扭轉角占比統計圖，插圖是對應不同扭轉角的莫爾超晶格的STEM圖像。

圖?2.（a）堆垛生長的具有不同PtTe₂厚度的NbSe₂\PtTe₂范德華異質結薄膜的變溫電阻曲線；（b）面內（藍點）和面外（紅點）磁場下臨界磁場H_c2的溫度依賴特性，實線是按照GL理論的擬合曲線；（c）NbSe₂\MoSe₂\NbSe₂異質結中頂部和底部NbSe₂以及它們之間的變溫電阻曲線；（d）堆疊生長的NbSe₂\MoSe₂\NbSe₂薄膜在1.5 K時的I-V特性曲線；（e）偏置電流下的差分電阻和磁場的依賴特性；（f）厘米級MoS₂\WSe₂薄膜組成的PN結，其在不同柵極電壓（V_g）下的I-V特性曲線。

【獨門武器】

在南方科技大學新聞網的相關報道中，我們可以看到林老師自主搭建的一套實驗平臺在上述兩個工作中發揮了很大的作用。

據介紹，高熵合金納米顆粒具有較高的表面活性，容易被空氣氧化并吸附環境中的碳氫化合物，制約著樣品的表征和物性的測試。南方科技大學林君浩副教授課題組自主搭建的全惰性氛圍保護的手套箱互聯系統（GIS）（下圖）實現了從樣品生長、轉移、后處理、原子級結構表征到物性測試的全惰性氛圍保護，極大地降低了高熵合金納米顆粒的表面氧化與污染，對于研究高表面活性的高熵合金納米顆粒具有獨特的優勢。

手套箱互聯系統示意圖（a）和實物圖（b）

而在二維超導材料研究中，因其具有較高的表面活性，容易被空氣氧化并吸附環境中的碳氫化合物，嚴重制約著樣品的表征和物性的測試。林老師開發的這套平臺實現了從樣品生長、轉移、后處理、原子級結構表征到物性測試的全惰性氛圍保護，極大地降低了二維敏感材料的氧化與污染，對于本次研究二維vdWSH薄膜異質結材料的本征結構與生長機理具有獨特的優勢。

在林老師看來，對儀器的使用，是科學研究非常關鍵的一環，正是發揮出了先進儀器的關鍵作用，課題組才在最近迎來了科研成果的“井噴”。而這三個月內的兩篇《自然》，正是這樣一個“水到渠成”的過程。

本文參考內容：

1：https://newshub.sustech.edu.cn/html/202309/44227.html
2：https://newshub.sustech.edu.cn/html/202309/44304.html
3：https://newshub.sustech.edu.cn/html/202306/43928.html
4：https://www.nju.edu.cn/info/1067/338391.htm