■本报记者 刁雯蕙

金秋时节，南方科技大学（以下简称南科大）物理系副教授林君浩团队迎来好消息。他们与南京大学物理学院、固体微结构国家重点实验室教授高力波团队合作，在二维范德华超导异质结晶圆级生长及其机理研究方面取得突破性进展。最新合作成果日前发表于《自然》。

这是林君浩团队近期发表的又一篇《自然》论文。今年6月，《自然》刊登了他们与合作团队在高熵合金纳米颗粒方面的最新成果。

在林君浩看来，一系列突破性成果的获得，是科研工作者厚积薄发、水到渠成的结果。“其中有重复的枯燥，有等待的忐忑，也有收获的喜悦。探寻未知世界的好奇心，会带我们走向更远的地方，这便是科研的乐趣。”

“反其道而行之”

一直以来，二维超导异质结中的二维超导材料层，如二硒化铌等，由于结构不稳定，很难在二维异质结中直接通过生长集成，是二维范德华超导异质结大规模制备的关键难题。

为攻克这一难题，林君浩团队与合作团队提出了一种全新的“从高温到低温”的二维材料逐层生长策略。研究团队通过巧妙设计二维异质结中每一层的生长环境，使其生长温度均低于前序层，实现了高质量的可控多层范德华超导异质结晶圆级生长。

这一方法能够精确控制二维超导体材料的层数，并通过球差电镜表征证实了多层体系的高质量堆叠结构。

“如果把三维材料比作一个盒子，二维材料就是把这个盒子压到像一张纸一样薄。从三维材料到二维材料的变化过程中，大多数材料是不稳定的。我们的工作其实是开发了一种新技术，实现了二维超导材料的稳定生长，并在晶圆上生长到面积非常大的尺寸。”林君浩解释道。

在追寻大尺寸材料的生长上，以往的研究中，科学家大多从三维到二维进行研究，而研究团队却“反其道而行之”。通过开发的新技术，使二维材料逐层生长，这个堆叠的过程就像搭乐高积木，最终形成由多个二维材料堆叠在一起、高质量且大面积的人造二维材料。

“我们首次将二维材料以‘堆乐高’的方式打造到晶圆级，可以直接与现代的硅工艺集成，有广泛的产业化应用前景。此外，在这个堆叠的过程中，可以引进新的二维材料元素，使堆叠的过程更加稳定。”林君浩表示。

实验室里的“独门武器”

“工欲善其事，必先利其器。”林君浩团队科研成果频出，是因为有“独门武器”。

在林君浩的实验室里，各种功能的手套箱连接在一起，这是他和团队花了近两年时间搭建的科研“利器”。在最新发表的《自然》论文中，研究团队利用手套箱的科研仪器发现的原子结构表征结果在揭示薄膜生长机制和结晶程度方面起到了关键作用。

“从样品生长一直到结构的表征性能测试，我们把不同功能的仪器聚集在一起，将整套材料生产线都放置在一个密闭的、充满惰性气体的环境中来进行实验。”论文共同第一作者、南科大物理系助理教授侯福臣介绍说。

搭建仪器的过程是最艰难的一环。侯福臣说：“刚开始那两年，实验室需要很多仪器，林老师和我到处找厂家，一点点搭建起来。”利用这套仪器，这项研究申请了10余项专利，获得了国际科学界的认可。

“我们常开玩笑说，自己除了是科研人员，还是工程师、包工头。”课题组博士后、论文共同作者王刚说。作为林君浩的首批学生，王刚参与了实验室的规划设计与设备搭建工作。他回忆，在课题组的几年里，无论是科研逻辑、理论知识还是动手能力都得到了很大提升。

“林老师对细节的把握，以及对仪器极致状态的追求，对我影响很大，也让我明白自己不仅是一个设备的使用者，还是一个从原理上理解设备并根据理解对设备进行改造的工程师，让实验设备发挥更大的作用。”林君浩团队的第一届博士生郭增龙说。

目前，这套仪器已经顺利运行了一年多，团队此前的一系列研究成果都离不开这套仪器的加持。林君浩透露，利用这套仪器产生的成果越来越多，除了最近的两篇论文，还有几篇颇有分量的论文也在投稿过程中。

纯粹的好奇心

“想象一下，如果以后的手机不仅像纸一样轻薄，还能储存目前5到10倍的信息量，该有多神奇？”对林君浩而言，探索世界奥秘的好奇心是引领他在漫长的科研路上前行的明灯。

带着这份好奇心，2010年，林君浩开启了异国科研之旅。2018年，林君浩放弃前往美国国家实验室工作的机会毅然回国。“我一直希望能将所学技术用于祖国的科技发展。”林君浩说。

利用材料革新进行新一轮的信息革命，意味着要不断缩小元器件的尺寸。逼近物理极限产生的结构不稳定性，是困扰该领域的一大难题。在加入南科大之后，林君浩第一时间组建先进低维材料实验室，开展新型超薄半导体与磁性材料的研究。

近年来，林君浩在《自然》等期刊发表论文100余篇。因其在新材料领域突出的科学贡献，2022年，他成功入选《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”2021中国区榜单。林君浩告诉记者，未来他将继续做一名“探索者”，带着纯粹的好奇心，奔赴未知的科学世界。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06404-x