2025年4月14日，南燕大講堂第120講拉開(kāi)帷幕。韓國(guó)科學(xué)技術(shù)翰林院院士、中國(guó)科學(xué)院外籍院士、韓國(guó)成均館大學(xué)Young Hee Lee教授受邀為北大深研院師生帶來(lái)題為“二維磁性半導(dǎo)體的最新研究突破”（Recent Progresses in van der Waals-Layered Magnetic Semiconductors）的講座。講座由北京大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)、深圳研究生院新材料學(xué)院院長(zhǎng)、北京大學(xué)博雅特聘教授鄒如強(qiáng)主持。
講座現(xiàn)場(chǎng)
近年來(lái)，二維范德華（vdW）材料中的鐵磁性現(xiàn)象逐漸進(jìn)入科學(xué)家的視野，成為研究熱點(diǎn)。vdW材料研究的核心目標(biāo)，是希望同時(shí)達(dá)成三個(gè)條件：一是材料內(nèi)部能形成長(zhǎng)距離的鐵磁有序排列；二是這種鐵磁性能在室溫以上保持穩(wěn)定（即居里溫度Tc高于室溫）；三是材料的半導(dǎo)體特性可以通過(guò)柵極電壓進(jìn)行調(diào)控。在本次講座中，Young Hee Lee教授闡述了在半導(dǎo)體材料二硒化鎢（WSe?）中摻入磁性元素釩（V）的創(chuàng)新方案，其成功實(shí)現(xiàn)了室溫下的鐵磁性（高居里溫度）和低摻雜濃度下的柵極可調(diào)性，并首次通過(guò)特殊方法檢測(cè)到材料中的非常規(guī)磁有序現(xiàn)象。
Young Hee Lee分享前沿知識(shí)
講座伊始，Young Hee Lee教授介紹了二維單晶材料的晶圓級(jí)生長(zhǎng)技術(shù)。晶圓級(jí)生長(zhǎng)是實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件從實(shí)驗(yàn)室研究走向產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵步驟。WSe?屬于二維范德華過(guò)渡金屬二硫?qū)倩铮?span lang="EN-US">2D vdW TMD），其化學(xué)通式為MX?，具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)。在WSe?中摻入釩元素后形成的V-WSe?材料，屬于鐵磁半導(dǎo)體材料（DMS）。這類(lèi)材料的一大優(yōu)勢(shì)是在室溫下就能表現(xiàn)出磁性，但目前仍面臨一些挑戰(zhàn)，例如釩原子在材料中分布不均勻、電子行為難以精確控制，以及材料在空氣中容易氧化變質(zhì)等問(wèn)題。為了克服這些難題，研究人員正在嘗試多種改進(jìn)方法，如在材料層間插入其他原子、施加外力改變材料結(jié)構(gòu)或將不同材料組合在一起等。這些改進(jìn)措施有望顯著提升材料性能，為未來(lái)開(kāi)發(fā)新型磁控電子器件和存儲(chǔ)設(shè)備奠定基礎(chǔ)。
隨著講座深入，Young Hee Lee教授進(jìn)一步探討了V-WSe?材料中硒（Se）空位對(duì)鐵磁性的具體影響。通過(guò)精確控制退火溫度，研究人員可以調(diào)控材料中的Se空位數(shù)量。這些空位為釩原子的磁性排列提供了更多“空間”，使得釩原子的磁性更容易整齊排列，同時(shí)減少了電子的干擾，增強(qiáng)了釩原子之間的磁性協(xié)同作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種調(diào)控方式能將材料的磁力提升30%，為開(kāi)發(fā)新型磁控電子器件提供了新的思路。釩原子的磁性“信號(hào)”通過(guò)材料中的自由電子進(jìn)行傳遞，自由電子像“橋梁”一樣將不同釩原子的磁極方向統(tǒng)一起來(lái)，使它們集體朝同一方向排列，從而形成整體磁性。這種通過(guò)自由電子實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)距離磁性協(xié)作機(jī)制（RKKY機(jī)制），是材料能夠在室溫下保持鐵磁性的關(guān)鍵所在。
Young Hee Lee院士與在場(chǎng)師生互動(dòng)交流
Young Hee Lee教授別出心裁地以一個(gè)萌趣十足的動(dòng)畫(huà)形象作為講座收尾，這一新穎又活潑的形式贏得了在場(chǎng)師生的熱烈掌聲。在互動(dòng)交流環(huán)節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)師生圍繞熱載流子太陽(yáng)能電池、更高效的釩摻雜工藝等熱點(diǎn)問(wèn)題踴躍提問(wèn)，他均給予了耐心細(xì)致的解答。
向Young Hee Lee院士贈(zèng)予“南燕大講堂”紀(jì)念牌
講座尾聲，鄒如強(qiáng)院長(zhǎng)向Young Hee Lee院士贈(zèng)送了“南燕大講堂”紀(jì)念牌。本次講座不僅讓師生們對(duì)二維磁性半導(dǎo)體材料有了更深入的認(rèn)識(shí)，更讓大家感受到了Young Hee Lee院士嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科研態(tài)度和勇于創(chuàng)新的科研精神。
