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超晶格是兩種或兩種以上材料的二維層的周期性疊加，它為具有定制性能的工程材料提供了一種通用方案。

在此，來自北京理工大學的周家東(一作兼通訊)和姚裕貴&北京大學和南方科技大學的吳孝松&新加坡南洋理工大學的Kazu Suenaga & 劉政等研究者，直接通過化學氣相沉積沉積，報告了一種由二維二硫化釩(VS₂)和一維硫化釩(VS)鏈陣列交替層組成的本征異維超晶格。相關論文以題為“Heterodimensional superlattice with in-plane anomalous Hall effect”于2022年08月31日發表在Nature上。

超晶格，由于其獨特的電子、光學和磁性而引起了人們的廣泛關注。一般來說，傳統的超晶格是在相同維度的材料之間形成的(如三維(3D) -三維、二維(2D)-二維和一維(1D)-1D超晶格)。

近年來，二維材料的突破豐富了超晶格家族，包括范德華異質結構、moiré周期模式和隨機插層化合物。例如，各種典型的超晶格，如六方氮化硼/石墨烯和扭曲石墨烯的moiré超晶格，((GeTe)_x/(Sb₂Te₃)_y)_n與有機分子(十六烷基三甲基溴化銨)插層黑磷的混合，以及分子二硫化鉬。

此外，還報道了嵌層化合物，包括鈮基、釩基超晶格和本征二維超晶格MnBi₂Te₄。這些超晶格，具有應用于量子自旋電子器件所需的潛在超導性和鐵磁性。然而，這些超晶格大多是通過外延生長或通過不同的方法堆疊二維材料而獲得的。

此外，在結構和尺寸上，報道的超晶格為3D-3D、2D-2D和1D-1D超晶格。在本征二維(或三維)材料和一維材料之間形成的本征異維超晶格的實現，仍然是實驗中的一大挑戰。

在此，研究者報道了用一步化學氣相沉積(CVD)方法直接生長的釩基二維超晶格中的異維本征超晶格結構。該超晶格是二維二硫化釩(VS₂)層和一維硫化釩(VS)鏈陣列的周期結構，屬于單斜對稱的C2/m空間群。這樣的結構在冶金學中是沒有預料到的。由于二維VS₂和一維VS陣列的存在，超晶格(VS₂-VS)表現出一種有趣的室溫面內反?；魻栃?。這種效應的磁場角依賴性表明，只有沿特定晶體方向的磁化作用起作用。強各向異性源于超晶格中獨特的VS鏈的一維性質。該工作為探索具有優良物理性質的異次元超晶格開辟了一條道路。

在此，這種獨特的超晶格具有非常規的1T疊加，研究者通過掃描透射電子顯微鏡識別出VS₂/VS層的單斜單胞。當磁場在平面上時，可以觀察到一個意想不到的霍爾效應，其持續時間可達380 K，在這種情況下，霍爾效應通常會消失。這一效應的觀測得到了理論計算的支持，可以歸因于與一維VS鏈有關的、由面內磁場誘導的面外貝里曲率引起的非常規反?；魻栃?。與此同時，該工作擴展了對超晶格的傳統理解，并將刺激合成更多非凡的上層建筑。

圖1. VS₂-VS超晶格的生長過程和光學圖像

圖2. VS₂-VS超晶格的原子結構

圖3. VS₂-VS超晶格的詳細分析

圖4. VS₂-VS超晶格輸運的測量

綜上所述，研究者利用CVD方法合成了垂直疊加的VS₂-VS超晶格。STEM和截面TEM結果清楚地揭示了VS₂-VS超晶格的原子結構，這在V-基材料中是沒有得到的。在超晶格中首次觀測到了室溫下的面內AHE。磁場角依賴性揭示了意想不到的平面內各向異性，這是由一維VS鏈造成的。該結果為合成超晶格和發現新的物理性質開辟了一條道路。

作者簡介

周家東，北京理工大學教授。主要從事低維材料（2D）包括半導體材料與量子材料制備，性質與應用研究，使用化學、物理等手段解決半導體與量子材料的制備難題，并研究其半導體特性與鐵磁、鐵電、超導等新奇物理性質，探索其在高性能電子器件和量子領域的應用。具體研究內容包含以下幾個方面：1. ?新型低維材料及其異質結構的制備與性質研究；2. ?高性能電子器件；3. ?新型低維材料的新奇物理性質研究。

近年來以第一（包括共同第一作者）與通訊作者發表SCI 論文50 余篇，包括Nature系列論文9篇（Nature 一篇），Science Advances, Advanced Materials, Nano Letters, JACS, ACS Nano 等。并多次在國內外重要學術會議上做邀請報告。受邀擔任多種國際學術期刊的審稿人。同時擔任《Materials Horizons》 Community Board 與《Chinese Chemical Letters》青年編委。

姚裕貴，北京理工大學教授，長江特聘教授、杰青、北京大學量子材料中心客座教授。2011年獲得中國科學院杰出科技成就獎；2012年獲得國家杰出青年基金資助、入選長江學者特聘教授計劃；2014年入選科技部中青年科技創新領軍人才計劃；2016年入選國家萬人計劃中的科技創新領軍人才計劃；2017年獲北京市高等教育教學成果二等獎；2018年入選科睿唯安物理領域高被引科學家名單，同年獲得國家科學技術獎自然科學獎二等獎（第一完成人）。

研究方向為凝聚態物理、計算物理和材料物理，具體有：（1）發展基于量子力學的計算方法，研究材料中反?；魻栃?、自旋霍爾效應、軌道霍爾效應、平面霍爾效應、熱電效應、磁光效應、磁阻、磁矩以及拓撲等量子物性，特別關注自旋軌道耦合體系的電子結構、貝里相位與量子物性之間的關系；在此基礎上將開發和設計相應的高性能并行計算軟件包。（2）結合理論設計、計算模擬和實驗探索，研究各種新型量子功能材料（如拓撲絕緣體、拓撲半金屬、拓撲超導體、二維層狀量子材料等）及相關物性；通過研究光與物質的相互作用機理，設計出高效光能源量子轉換材料，并制備高效的光電池和光催化器件。

迄今共發表SCI論文160余篇【包括 Phy. Rev. Lett.（23篇），Phy. Rev. B/A/E/M(70余篇)，Nature子刊（5篇），影響因子>10的頂級期刊論文（10余篇）等】，在反常輸運、硅烯、石墨烯、拓撲材料與物性等領域的研究成果具有重要國際影響并被同行包括多位諾貝爾獎獲得者廣泛引用，共被SCI引用23452余次，目前每年引用2000余次，單篇最高引用2194余次，多篇論文引用超過500次，H指數66，并入選科睿唯安物理領域“高被引科學家”名單【物理學科 2018 年全球共 211 人】。曾在美國 APS、MRS年會等國際重要會議多次作邀請報告。承擔過多項國家基金面上項目、基金委重點項目、創新研究群體項目、國家重點研發計劃、973計劃和量子調控等項目。

針對材料中貝里相位效應相關的關鍵科學問題，率先發展了反常輸運物理量與拓撲不變量的第一性原理計算方法，并系統地應用于反常輸運和拓撲物性的研究。是第一性原理研究反常輸運現象的開拓者之一，關于反常輸運的部分成果被寫進了教科書；同時引領了硅烯等二維拓撲材料的研究，所提出的理論模型被冠名，等等。這些原創成果加深了人們對真實復雜材料中新奇量子現象的理解，加速了新量子態材料的發現，推動了凝聚態和計算物理相關領域的發展。

吳孝松，優青，博士生導師，研究低維電子體系在低溫強磁場下的量子輸運行為，以及對這些行為的量子調控。目前主要關注二維磁性材料、二維超導材料，以及拓撲材料。在Science、 Nature Nanotech.、PRL、Nature Commun.、PNAS等雜志發表論文70余篇。

劉政，南洋理工大學教授，他是二維材料的合成與應用領域的領軍人物。他的主要研究方向為新型二維材料高質量晶體的氣相合成、表征及應用，包括六方氮化硼（h-BN），氧化物，過渡金屬硫化物（TMD，MoS₂，WS₂，MoSe₂）等材料。他也對三元二維材料進行了研究。劉政教授團隊在二維材料的納米電子器件及儲能器件的制造領域做出了突出貢獻。作為二維材料研究的先驅者之一，他發表了超過數百篇學術研究論文。截止目前，總被引用文總數超過45406余次，h指數99。2012年獲得世界科技獎能源類提名。2018年入選高引科學家名單。相關工作被Science daily，Phy.org，EEE spectrum等多個知名學術網站報道，并被Nature Physics，Nature Nanotechnology，Chem Int Ed等期刊列為亮點。

文獻信息

Zhou, J., Zhang, W., Lin, YC.?et al.?Heterodimensional superlattice with in-plane?anomalous Hall effect.?Nature?609, 46–51 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05031-2

原文鏈接：

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

https://physics.bit.edu.cn/szdw/zzjzg/zg/gw_60fe0317be434390a6b2bdcd5ca90845/index.htm

http://physics.bit.edu.cn/szdw/gccrc/zjxzjq/yyg13/index.htm

https://physics.bit.edu.cn/szdw/zzjzg/zg/yyg/index.htm

https://faculty.pku.edu.cn/xswu/zh_CN/index.htm

https://www.sohu.com/a/280389731_644220

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