南京大学物理学院副教授梁世军、教授缪峰团队首次提出了“片上材料合成实验室”的概念。利用热驱动原理，控制器件上电极释放的活性金属原子在沟道材料中的扩散，在片上原位合成了可变化学计量比的多种材料。这些合成的材料展现出超导电性、可与p型半导体形成超低的接触电阻，以及可比拟传统贵金属催化剂的优异电催化性能。4月25日，相关研究成果发表在《自然—材料》。
炼丹术是中国古代道教的一种方术。以追求长生不老为目标。为了追求这一目标，炼丹师们研究各种材料，逐步意识到材料的微观结构对材料性质至关重要，并试图通过改变材料的原子组成和排列方式，探索材料的新功能。随着现代科学技术的发展，研究人员不断尝试探索全新的材料合成范式。
低维材料在物理、化学、生物以及电子等领域的发展中扮演着越来越重要的角色。不同的应用依赖于不同性质的材料，对低维材料的合成提出了可定制化的要求。然而，传统的材料合成通常依赖于庞大的实验空间和漫长的时间等待，无法兼容原位的电学测量和器件应用，这使得材料合成与应用之间存在较高的技术壁垒。因此，探索全新的低维材料合成范式，成为了材料科学领域一个倍受关注的重要议题。
研究团队提出了片上原位相变工程的概念。类比于传统材料生长中的前驱体供给过程，电极中的活性金属原子在热驱动作用下扩散进入二维材料，由此可在器件上原位合成一系列不同化学计量比的新材料。通过对相变区域的原子结构进行了系统的表征与分析，结合理论计算，提出了可指导片上低维材料原位、可定制化合成的新原理相图，并展示了片上相变工程在电学输运、电子器件性能改善、高效电催化方面的应用潜力。研究团队揭示了片上原位相变工程的内在机制，并深入探索了其在二维材料体系中的普适性。
该研究中所提出的“片上材料合成实验室”作为一种低维材料合成的全新范式，消除了低维材料合成与应用之间的技术壁垒，为未来信息、能源、环境等领域应用所需的智能材料的开发开辟了一条全新的路径。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41563-024-01888-y
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