牛！山西大学/辽宁材料实验室韩拯团队，不到五个月，发完Nature，再发Nature Electronics！

研究背景

过渡金属二硫化物（TMDs）是具有潜在高迁移率和强自旋-轨道耦合的半导体材料，因其在低温下的优异电子特性而成为研究热点。然而，创建稳健的欧姆接触以实现低温下的有效电流传输仍然是一个重大挑战。这一问题限制了在接近量子极限时探测电子关联现象，尤其是分数量子霍尔（FQH）态的研究。

成果简介

为了解决这一挑战，辽宁材料实验室/山西大学韩拯团队、张靖；北京大学路建明、香港科技大学王宁以及哥伦比亚大学Nicolas Regnault等多家单位携手在Nature Electronics期刊上发表了题为“Fractional quantum Hall phases in high-mobility n-type molybdenum disulfide transistors”的最新论文。研究人员采用了窗口接触技术，成功为n型二硫化钼（MoS₂）创建了有效的欧姆接触，温度范围从毫开尔文到300K。

本文通过这种方法，研究者观察到了超过100,000 cm² V⁻¹ s⁻¹的场效应迁移率和超过3,000 cm² V⁻¹ s⁻¹的量子迁移率，这在低温下为探测FQH态提供了必要条件。此外，在高达34 T的强磁场下，研究团队还在双层MoS₂中探测到了填充分数为4/5和2/5的FQH态。

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值得注意的是，不久前，韩拯教授课题组与中国科学院金属研究所李秀艳课题组、辽宁材料实验室王汉文课题组、中山大学侯仰龙课题组、中国科学院大学周武课题组等合作，提出了一种全新的基于界面耦合（理论表明量子效应在其中起到关键作用）的p-掺杂二维半导体方法。该研究成果以“Van der Waals polarity-engineered 3D integration of 2D complementary logic”为题，于5月29日在国际顶级学术期刊Nature在线发表，引起了不小的关注。

研究亮点

（1）实验首次通过窗口接触技术成功为n型二硫化钼（MoS₂）创建了稳健的欧姆接触，温度范围从毫开尔文到300K。通过这一技术，研究团队观察到在低温下的场效应迁移率超过100,000 cm² V⁻¹ s⁻¹，量子迁移率超过3,000 cm² V⁻¹ s⁻¹。

（2）实验通过高达34 T的强磁场和300 mK的低温条件，对双层MoS₂进行了电传输测量，成功探测到分数量子霍尔态，具体填充分数为4/5和2/5。这些结果表明，在最低兰道能级中实现了可观察的分数量子化现象，为探索TMD材料中电子相互作用的机制提供了新的实验依据。

图文解读

图1: 窗口接触MoS2晶体管的特性。

图2: 在单粒子体系中，双层MoS2的电输运。

图3: 在导带最低朗道能级Landau levels，LL中，双层MoS的分数量子霍尔fractional quantum Hall，FQH态。

图4: 筛分效应的数值研究。

结论展望

本文的研究展示了低载流子密度双层MoS₂中实现高迁移率欧姆接触的潜力，尤其是在极低温和强磁场下的电传输特性。这一发现为拓扑量子霍尔相的应用奠定了基础，尤其是在实现分数量子化霍尔效应方面。

研究表明，通过优化设备的制造技术，能够获得超高的场效应迁移率和量子迁移率，这将推动TMD材料在电子学和量子计算领域的应用。此外，使用范德华层状材料的创新方法，增强了对电子相互作用和量子态的调控能力，这为进一步探索层间耦合、库仑拖曳和低温高电子迁移率晶体管提供了新思路。

这些成果不仅促进了对TMD异质结构的低密度传输实验的理解，还有助于开发新型的量子器件，从而推动下一代电子器件的研究与应用。因此，本研究为材料科学、量子物理及其实际应用提供了重要的科学启迪，指引了未来相关领域的研究方向。

文献信息

Zhao, S., Huang, J., Crépel, V. et al. Fractional quantum Hall phases in high-mobility n-type molybdenum disulfide transistors. Nat Electron (2024).

原创文章，作者：zhan1，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2024/11/06/32171f854c/

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