自石墨烯被发现以来，原子层级别厚度的二维材料引起了学界的广泛关注。与普通块体材料相比，单层材料因其层间的完全退耦合，其电子和声子呈现出完全的二维化行为特征，显示出丰富多样的新奇物性。然而由于所有原子都直接暴露在外界环境中，单层材料大多不具有化学与环境稳定性，再考虑到样品制备工艺难度以及产率等方面因素，单层材料在科学研究与大规模生产应用等方面依然困难重重。而以上问题在块体材料中并不存在，因此人们非常希望找到一条在块体材料中实现层间退耦合的途径，从而在块体材料中诱发本征的二维特性。

针对以上问题，我校数理学院青年教师孙瑞锦联合中科院物理所、华中科技大学以及剑桥大学卡文迪许实验室团队，设计并合成了一种由NbSe₂和高多孔氢氧化物层交替组成的特殊超晶格，并证明了在此块体材料中实现层间的完全解耦。具体表现在实验上，超晶格(NaOH)_0.5NbSe₂沿层间方向呈现出理想的一维电绝缘状态，这表明NbSe₂层之间实现了完全的电子解耦合。振动（声子）的解耦合则表现在拉曼光谱中的层间振动模式峰消失、比热容以爱因斯坦局域模式为主导、层间极低的结合能（接近石墨烯级别）以及极低的层间热导率（0.28 W/mK，约为NbSe₂ 的百分之二）。以上层间的解耦合特性导致(NaOH)_0.5NbSe₂呈现出了与单层NbSe₂几乎完全相同的物理特性（文中以超导和电荷密度波有序为例），在体材料中实现了真正的二维化。

图1 材料层间解耦合方案示意图

图2 超晶格(NaOH)0.5NbSe2层间解耦合表征

图3 学术论文封面

上述研究成果发表于国际权威期刊《Nature Communications》上：Sun, R., Deng, J., Wu, X. et al. High anisotropy in electrical and thermal conductivity through the design of aerogel-like superlattice (NaOH)_0.5NbSe₂. Nat. Commun. 14, 6689 (2023). [IF2022=16.6]

DOI: doi.org/10.1038/s41467-023-42510-0

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42510-0