编者按

随着智能时代的到来，部署在边端的设备正呈现出指数式增加趋势，产生的数据量越来越多,迫切需要对这些数据进行实时、低功耗处理。但传统硅基技术已逼近物理极限，无法提供能够满足智能时代信息实时处理所需要的算力，导致出现巨大算力缺口。为了解决算力缺口挑战，迫切需要探索超越硅基的新材料与新原理器件。

二维材料因其独特的原子级结构与可定制化物理性质，为解决上述挑战提供了革命性机遇。其核心优势包括：1)结构与物性精准调控: 通过层数、堆叠序构与异质界面设计，可编程化调控能带结构、载流子输运及光电响应；2)多物理场动态操控能力：支持电场、光场、应变、磁场等多维度调控,赋予器件功能动态重构与自适应能力；3)异质集成兼容性：与硅基技术深度融合，为后摩尔时代器件开发提供可扩展的技术路径。

近年来，二维材料在信息技术领域已取得系列突破：晶体管的接触电阻逐渐接近量子极限；光电探测器实现从紫外至红外的宽谱感知；可重构类视视觉器件为神经形态计算提供硬件基础；量子点与拓扑异质结构则为量子信息处理开辟新方向。这些进展标志着二维材料正从原理概念走向应用的关键阶段。

为反映该领域的前沿成果，推动材料-器件-芯片-系统的跨尺度创新，特组织“二维材料与未来信息器件”专题，内容包括：材料设计与理论建模; 材料可控制备；新原理信息器件；电路与芯片集成；系统与新兴应用等方面。邀请国内外学者分享原创研究、综述与前瞻观点，共同探索二维材料驱动信息技术变革的路径，为下一代高性能、智能化、低功耗信息器件奠定基础。专题文章将陆续刊出，欢迎读者关注。

客座编辑

梁世军

南京大学

缪   峰

南京大学

专题文章

二维材料与未来信息器件专题编者按

物理学报.2025, 74 (22): 220101

doi: 10.7498/aps.74.220101

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观点和展望

二维材料与人工视觉系统的多维融合: 前沿突破与范式革新

闻雨，韩素婷，周晔

物理学报.2025, 74 (17): 178502

doi: 10.7498/aps.74.20250703

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摘要：人工视觉系统因在医疗诊断、机器视觉等领域具备广泛应用前景而备受关注，但其发展长期受限于传统材料的物理瓶颈。近年来，二维半导体材料由于其出色的光电性能和原子级厚度，被认为是构建人工视觉系统的革命性平台。最新研究表明二维材料的可调谐带隙与高效光电转换特性已被成功应用于单目三维视差重建，其动态成像速率可达传统器件的3倍以上。尽管如此，该领域仍面临显著挑战，如二维材料大面积制备工艺复杂性，宽光谱响应，高帧率感知与低功耗平衡难题等问题。这些问题的解决将推动人工传感系统向更智能、更精密的方向突破，实现从仿生视网膜到类脑智能体的跃迁。

研究论文

层数依赖3R相MoS₂的拉曼光谱研究

陈炳烨，蒋彬，黄伟沣，罗鑫

物理学报.2025, 74 (22): 226301

doi: 10.7498/aps.74.20251222

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摘要：本文系统研究了过渡金属二硫化物3R相MoS₂的声子性质，并与常见的2H相进行了对比。研究通过拉曼光谱实验结合线性链模型、力常数模型和键极化模型，对不同堆垛结构的振动模式、峰位及强度演化规律进行了深入分析。结果表明，高频拉曼光谱难以有效区分两种相，但二次谐波对晶体对称性极为敏感，可清晰实现堆垛相的鉴别；在低频区域，线性链模型能够刻画剪切模与呼吸模的层数依赖性，而力常数模型因引入层内和层间的力常数后能更准确地拟合实验趋势；键极化模型进一步解释了不同堆垛结构下拉曼散射强度的差异；在高频区域，3R相的峰位差对层数变化更加敏感，因而在层数判定中具有更高的可靠性，同时表面效应在其高频声子行为中起着更为关键的作用。综上所述，本文全面揭示了3R相MoS₂的独特声子特征及层数依赖性，为低维材料的堆垛结构识别和物性调控提供了重要依据，并为其在光电器件、量子器件中的应用奠定了基础。

基于单层交错磁体实现巨大的谷极化效应

谢伟锋，王利波，许雄，乐云亮，夏华艳，贺龙辉，王辉

物理学报.2025, 74 (22): 227502

doi: 10.7498/aps.74.20251066

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摘要：稳定且显著的谷极化效应是谷自由度在谷电子器件中应用的关键。基于第一性原理计算，本文发现单层交错磁体V₂Se₂O在单轴应变下的谷极化效应关联磁性原子V之间的净磁矩，提出了实现巨大谷极化效应的两种策略。其一，利用Cr原子替换V₂Se₂O单层中的一个V原子形成亚铁磁单层VCrSe₂O，使磁性原子之间的净磁矩足够大，实现巨大的谷极化效应。通过在a轴或b轴方向施加单轴应变能显著地提升谷极化值，且谷极化值与磁性原子之间的净磁矩呈近线性关系。其二，构建V₂Se₂O单层和α-SnO单层的范德瓦耳斯异质结，镜面对称破缺的堆垛方式使V原子之间出现净磁矩，从而实现显著的谷极化效应。通过压缩异质结的层间距离可以引起V原子之间净磁矩的增加，能将谷极化值提升至近400 meV。本工作在单层交错磁体的基础上提出了实现巨大谷极化的两种策略，为基于交错磁体构筑的亚铁磁单层和异质结材料在谷电子学领域的应用提供理论指导。

低温化学气相沉积法可控合成二维铁电α-In₂Se₃

汪成阳，李月鑫，何沿沿，李美，钟轮，接文静

物理学报.2025, 74 (22): 228102

doi: 10.7498/aps.74.20251070

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摘要：二维铁电半导体α-In₂Se₃在新型电子器件中具有重要应用前景。然而采用化学气相沉积法(CVD)，该材料通常需要高于650℃的高温。本研究提出一种低温合成策略，通过引入KCl/LiCl/NH₄Cl三元催化剂体系，在400—460℃ (优化条件440℃)制备α-In₂Se₃薄膜，该工艺较传统方法降低温度200℃以上。扫描电子显微镜(SEM)表征显示材料形貌可通过温度与气体流速协同调控，从六边形薄片转变为连续均匀薄膜；能量色散谱仪(EDS)分析表明元素比例接近理想化学计量比(In∶Se = 36.38∶63.62)；拉曼光谱(特征峰103/180/195 cm^–1) 与X射线光电子能谱(XPS) (In∶Se = 1.92∶3.00) 共同证实材料为纯α相、化学计量比接近理想值。基于此材料构建的阻变器件表现出模拟阻变的特性，模拟了生物突触的长时程增强/抑制行为。在人工神经网络仿真中，对MNIST数据集的图像识别准确率均在90%以上。该低温合成工艺突破高温限制，为α-In₂Se₃在硅基神经形态计算芯片中的规模化集成提供可行路径。

一步退火工艺构建WSe₂互补晶体管

崔馨雨，单俊杰，孙肖瑜，潘晨，孙佳萌，于文韬，梁世军，缪峰

物理学报.2025, 74 (17): 178501

doi: 10.7498/aps.74.20250648

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摘要：二维半导体材料凭借其独特的物理特性与优异的电学性能，在后摩尔时代集成电路发展中展现出巨大潜力。开发与二维材料兼容的极性调控方法，已成为基于二维半导体构建互补逻辑电路、实现低功耗且高稳定性信息处理功能的关键，有望为持续提升集成电路性能提供新路径。本研究报道了一种基于一步退火工艺的二维半导体极性调控策略，Pd电极接触的WSe₂晶体管的导电特性经退火由n型主导转变为p型主导；而Cr电极接触的器件则始终保持n型主导的导电特性。在此基础上，通过在同一WSe₂上选择性制备不同金属材料的源漏电极并结合一步退火工艺，实现了互补晶体管的单片集成，进而通过器件互联实现了反相器功能。在2.5 V的电源电压(V_dd)下，反相器增益达23，总噪声容限达2.3 V (0.92 V_dd)。该研究为二维半导体的极性调控提供了全新的技术路径。

专题文章网站链接：

http://wulixb.iphy.ac.cn/custom/topics