总体概述
西湖大学工学院二维量子材料合成与表征实验室（QCL）是由李秋珵教授领导的科研团队。我们的研究聚焦于利用低温扫描探针显微镜，探测二维量子材料的量子特性。原子级薄的二维材料及其范德华 (vdW)异质结构，为实现可调控的量子态和新兴量子现象（例如如长程磁有序和强电子关联）提供了一个前景广阔的平台。我们课题组关注新型二维量子材料的原子制造、表界面调控、和微观表征，旨在揭示其构效关系。我们的团队由来自材料科学、化学和物理学等不同的学科背景的成员组成，致力于为纳米技术、量子信息以及能源领域开发新型功能材料。
二维材料精准合成
二维纳米材料的原子尺度精准合成是后续科学研究与应用的基石。我们采用自下而上的合成策略，通过物理沉积和化学气相反应两种路径，从原子与分子级前驱体出发，制备高质量的二维材料。实验室配备了多种先进的二维材料生长技术与设备，能够实现原子级精度的合成。
分子束外延技术
分子束外延（MBE）是指在超高真空（UHV，真空度小于 10-9 mbar）条件下，通过精确控制原子或分子的束流，将其物理气相沉积到洁净表面上的技术。我们的实验室配备了真空串联的UHV-MBE制备系统与扫描隧道显微镜（STM）表征系统，使我们能够在UHV环境下原位制备二维材料，并表征其原子结构和电子特性。
化学气相沉积与化学气相传输技术
化学气相沉积（CVD）是指气相前驱体（来自固体、液体或气体）在高温下于生长基底上分解和反应的过程。化学气相输运（CVT）则是指固相前驱体在气相的输运介质的作用下气化，并在其他位置沉积形成块体晶体的过程。我们的实验室配备了多套 CVD 和CVT系统，能够生长和构筑多种二维材料、范德华晶体及二维范德华异质结构。此外，我们还可以在超高真空的制备腔体中直接进行UHV-CVD生长。
原子级特性分析
我们利用并开发原子尺度表征技术，揭示二维材料本征的结构-性能关系，从而进一步优化材料合成和调控方法。我们利用低温超高真空 STM 来探测二维材料的原子结构、缺陷结构以及表面修饰的官能团，并将它们与材料特性进行关联。此外，我们的STM配备了qPlus原子力显微镜功能，能够在原子尺度上提供材料的形貌表征。除了实验室内的设备，西湖大学物质科学公共实验平台还配备了功能强大的超高真空集群系统，将STM与角分辨光电子能谱（ARPES）、X射线光电子能谱（XPS）以及多个分子束外延（MBE）腔体集成在一起，提供了强有力的表征平台。
表面与界面工程
二维材料的原子级薄层特性使得表面和界面效应在很大程度上决定了其量子特性。我们致力于精准设计和调控二维材料的表面和界面，从而实现对其量子态、电子结构和相干行为的精确控制。例如，许多二维量子材料在大气环境下易于氧化和不可逆降解，严重限制了其实际应用。我们的研究表明，通过引入可调控的官能团对二维材料进行共价修饰，可以有效调节其表面化学性质和提升化学稳定性。此外，通过构筑范德华异质结构，可以任意组合丰富的二维材料家族，并调节其堆垛结构、转角等，从而为设计强关联电子态提供了一个全新且高度可调的平台。范德华界面的邻近效应涉及电荷转移和额外的自旋交换路径，预计将增强层间耦合，并精准调控其量子特性。
总结
通过结合二维材料精准合成、表界面工程和原子尺度表征这三个方向，我们实现新型二维量子材料的原子制造，并深入探究其构效关系，为其在微纳电子器件和自旋电子器件中的应用奠定基础。