他，博毕5年任北大特聘研究员，联合太原理工，新发Nature子刊！

二维（2D）材料对于下一代电子学具有变革性的潜力。将高介电常数（k）电介质集成到2D半导体上，同时通过低缺陷密度的界面保持其原始属性，被证明是具有挑战性的，并成为其实际应用的一个性能瓶颈。

2025年2月10日，太原理工大学郭俊杰、北京大学刘磊在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Transferrable, wet-chemistry-derived high-k amorphous metal oxide dielectrics for two-dimensional electronic devices》的研究论文，2020级博士生药志鑫、田慧丰为论文共同第一作者，郭俊杰、刘磊为论文共同通讯作者。

郭俊杰，太原理工大学教授、课题组长。1980年出生，2003年、2007年获太原理工大学学士和硕士学位（导师：许并社），2010年在日本东北大学获得博士学位（导师：陈明伟）。2011-2014年在橡树岭国家实验室从事博士后研究（导师：Stephen J. Pennycook），2014年加入太原理工大学，2015年晋升为教授。

郭俊杰教授主要研究新型二维材料的结构调控、原子结构解析及其在能源催化领域的应用，共发表论文150余篇，包括Nature Commun.、Adv. Sci.、Appl. Catal. B: Environ.、Nano Energy、Small、Acta Mater.、Chem. Eng. J.、Carbon、J. Mater. Chem. A。授权中国发明专利10余项。

刘磊，北京大学长聘副教授。2006年本科毕业于武汉大学，2012年获中国科学院物理研究所博士学位，2012-2017年先后在美国田纳西大学诺克斯维尔分校、美国西北大学从事博士后研究，2017年以特聘研究员、博士生导师加入北京大学，2024年晋升为长聘副教授。

刘磊副教授的研究兴趣为低维轻元素量子材料的可控制备和性质研究，目前关注的体系包括（不限于）：1）二维体系中的同位素效应；2）新型二维轻元素量子材料；3）轻元素无序材料。已发表科研论文超过50篇，其中包括Nature、Science、Nature子刊、PNAS、PRL、JACS、Adv. Mater.、ACS Nano、Nano Lett.等。

在本文中，作者报道了一种基于湿化学的方法来制备非晶态、可转移的高k（42.9）铜钙钛酸盐（CCTO）薄膜，以其作为2D电子设备的高质量双功能电介质。

基于螯合作用的Pechini方法保证了这种钙钛矿型复合氧化物的均匀性，而可转移的特性允许其无害地集成到与纳米间隙接口的2D半导体中。CCTO栅控MoS₂器件展现出降至67 mV dec^-1的亚阈值摆幅和约1 mV/(MV cm^-1)的超小滞回。

此外，利用其在可见光下的活性特性，作者在CCTO中实现了电操纵、光激活的非易失浮栅，使得在单个场效应器件架构内重新配置执行9个基本布尔逻辑传感器操作成为可能。

这一进步为通过结合多功能的传统复合氧化物来开发多功能、低功耗的2D电子系统铺平了道路。

图1：Pechini法衍生的CCTO薄膜的制备与转移

图2：Pechini法衍生的CCTO薄膜的介电性能

图3：CCTO栅控MoS₂器件的器件性能

图4：非易失性光电存储和逻辑运算

综上，本研究通过湿化学法成功制备了可转移的高介电常数（高k）非晶态金属氧化物铜钙钛酸盐（CCTO）薄膜，并将其应用于2D电子器件中，作为高质量的双功能介质。

研究发现，CCTO薄膜具有高介电常数（42.9）和良好的光学活性，能够显著提升2D半导体器件的性能。CCTO/过渡金属二硫化物（TMDs）器件展现出极低的亚阈值摆幅（67 mV/dec）和超小的滞回现象（约1 mV/(MV cm^-1)）。

此外，利用CCTO的光学特性，实现了在单个场效应晶体管架构中进行光激活的非易失性浮栅操作，能够执行9种基本的布尔逻辑运算。该研究为2D电子器件的发展提供了新的高性能介质材料，推动了多功能、低功耗2D电子系统的开发。

这种基于CCTO薄膜的2D电子器件在高性能计算、低功耗逻辑电路、光电器件以及传感器等领域具有广阔的应用前景。其独特的光学和电学特性使其在光激活存储和逻辑运算方面展现出巨大潜力，有望为下一代电子技术的发展提供重要支持。

Yao, Z., Tian, H., Sasaki, U. et al. Transferrable, wet-chemistry-derived high-k amorphous metal oxide dielectrics for two-dimensional electronic devices. Nat. Commun., (2025).