近期，稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户辽宁材料实验室和山西大学等合作者利用SHMFF所属水冷磁体WM5，在二硫化钼的n型半导体场效应晶体管低温欧姆接触稳定可靠制备方面取得了新进展，该成果在线发表于Nature Electronics。
寻找实现高迁移率二维半导体的方法或材料体系并观测其中如量子霍尔态等物理效应，是凝聚态物理以及纳米电子学的重要研究方向之一。量子霍尔效应首次在量子阱二维电子气中被发现已逾40年，但可实现量子霍尔，尤其是分数量子霍尔效应的二维电子体系依然非常有限。其中，高迁移率二维本征半导体的分数量子霍尔态在电输运上尤为难以实现，主要瓶颈在于获得较低载流子浓度欧姆接触极具挑战。
该研究团队将硫化钼少层晶体在手套箱中用氮化硼进行封装，其中顶部氮化硼薄层采用预图案化的二维微米尺寸窗口进行铋电极热蒸发接触。所得器件在较低载流子浓度即可具有全温区（毫开尔文至室温）欧姆接触和高迁移率。在SHMFF 34 T 水冷磁体下，利用低噪声极低温输运实验测试系统，观测到填充系数niu=1的量子极限和⅖、⅘填充的分数量子化横向电导平台。这是目前能够通过电输运（非拓扑平带体系）观测到分数量子霍尔效应的首个二维本征带隙n型半导体材料。实验结果为基于二维半导体的低温高迁移率电子晶体管（HEMT）、低温放大器等纳米电子学器件提供了可能方案。
辽宁材料实验室材料量子调控技术研究所赵斯文副研究员、中国科学技术大学黄金强博士、纽约Flatiron研究所Valentin Crépel研究员为论文的共同一作。山西大学韩拯教授与张靖教授、北京大学路建明教授、香港科技大学王宁教授、法国巴黎高等师范学院Nicolas Regnault教授为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划纳米专项、国家自然科学基金、辽宁材料实验室、山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室等资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41928-024-01274-1
图1. 双层MoS2最低朗道能级的分数量子霍尔效应