第一作者：Kaiyao Xin, Lian Li, Ziqi Zhou
通訊作者：翟慎強(qiáng)、魏鐘鳴、劉峰奇、劉燦
通訊單位：中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所、中國(guó)人民大學(xué)
量子點(diǎn)（QDs）具有離散能級(jí)、可調(diào)電子結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的光子-電子相互作用，在非線性光學(xué)、半導(dǎo)體激光器、光電檢測(cè)和量子計(jì)算等多個(gè)領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。這些應(yīng)用場(chǎng)景中QDs的效率取決于它們的組成、形態(tài)和界面特性。特別是，QDs的組成決定了它們?yōu)樘囟☉?yīng)用提供的功能，而形態(tài)調(diào)節(jié)了電子結(jié)構(gòu)和能級(jí)。此外，QDs與其基底之間的界面在電子-聲子相互作用和電荷傳輸過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。因此，合成具有可定制組成、可控形態(tài)和內(nèi)在界面特性的QDs對(duì)于滿(mǎn)足各種應(yīng)用的多樣化需求至關(guān)重要。
本文提出了一種范德瓦爾斯（vdW）外延策略，通過(guò)調(diào)節(jié)vdW表面和QDs之間的界面耦合來(lái)生長(zhǎng)本征QDs。所制備的多種III-V（MX, M=Ga, In; X=As, Sb）和IV-VI（SnTe）QDs，無(wú)需考慮晶格失配限制，從而獲得了具有更多本征特性的QDs。
進(jìn)一步證明了生長(zhǎng)的InSb QDs/MoS2在近紅外區(qū)域顯示出寬的光響應(yīng)，這是由于它們vdW界面上高效的電荷傳輸通道。本工作報(bào)告了一種全固態(tài)外延QDs的合成路線，這可能擴(kuò)大QDs的光電子應(yīng)用，超出了傳統(tǒng)生長(zhǎng)方法的范圍。
圖1：在MoS2表面上通過(guò)vdW外延生長(zhǎng)InSb QDs。
圖2：通過(guò)理論模擬展示InSb QDs在MoS2表面上vdW外延生長(zhǎng)的機(jī)理。
圖3：在FL mica片上生長(zhǎng)的InAs QDs的晶圓級(jí)制備。
圖4：在不同vdW基底（hBN、FL mica、MoS2和石墨烯）上生長(zhǎng)的III-V和IV-VI QDs的通用制備過(guò)程。
圖5：InSb QDs/MoS2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光探測(cè)性能。
本研究展示了通過(guò)使用2D范德瓦爾斯材料的vdW表面作為基底，實(shí)現(xiàn)了高度可控的QDs生長(zhǎng)，這些QDs具有擴(kuò)展的組成范圍?；赒D與基底之間的適度和可調(diào)節(jié)的耦合，該方法使得QDs不受相干外延的限制、應(yīng)力的影響以及外部化學(xué)污染。
此外，通過(guò)優(yōu)化III-V QD形態(tài)和構(gòu)建多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)等補(bǔ)充技術(shù)，也需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。理論上，任何vdW表面都可以生長(zhǎng)非層狀穩(wěn)定相的QDs。QDs與2D層狀材料的結(jié)合形成了內(nèi)在的vdW界面，并產(chǎn)生了有效的電荷傳輸通道，為研究混合維度異質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了新的平臺(tái)，并擴(kuò)大了低維量子系統(tǒng)的潛在應(yīng)用。
標(biāo)題：Epitaxial growth of quantum dots on van der Waals surfaces
DOI：10.1038/s44160-024-00562-0
翟慎強(qiáng)，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員，中國(guó)科學(xué)院青促會(huì)會(huì)員，國(guó)家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年基金獲得者。長(zhǎng)期從事中遠(yuǎn)紅外半導(dǎo)體量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）的材料外延生長(zhǎng)、器件物理及其應(yīng)用研究。
魏鐘鳴，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員，博士生導(dǎo)師，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)崗位教授。長(zhǎng)期從事新型低維半導(dǎo)體材料與器件的研究工作，主要研究方向：低維半導(dǎo)體材料（二維原子晶體、分子晶體等）的設(shè)計(jì)與生長(zhǎng)；低維半導(dǎo)體器件（偏振光探測(cè)器、輸運(yùn)器件等）的構(gòu)筑與測(cè)試。
劉峰奇，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員，博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任半導(dǎo)體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。2005年國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者，2007年新世紀(jì)百千萬(wàn)人才工程國(guó)家級(jí)人選。曾獲國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2次、中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)一等獎(jiǎng)1次、教育部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1次。
劉燦，中國(guó)人民大學(xué)物理系研究員/副教授，主要研究方向?yàn)榈途S材料的表界面調(diào)控及納米光譜學(xué)研究。具體包括：(1)低維材料生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)調(diào)控；(2)晶圓級(jí)二維單晶外延制造；(3)低維材料超高靈敏度納米光譜學(xué)技術(shù)；(4)表面耦合物理及光學(xué)器件。
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