(a-c)氧化物鈣鈦礦二維薄膜的制備和轉移示意圖；(d-g)具有不同晶體取向的亞原子分辨率結構的表征；氧化物鈣鈦礦二維材料中二維量子態的前景。照片由受訪者提供
該研究成果由南京大學、加州大學歐文分校和內布拉斯加大學林肯分校的研究人員共同完成。
據課題組組長潘曉青教授介紹，自2004年發現石墨烯以來，以石墨烯為代表的各種二維原子晶體材料因其豐富多樣的物理化學性質以及在信息傳輸和儲能器件方面的廣泛應用前景，引起了人們的極大關註。目前已知的二維材料，無論是機械剝離還是人工生長，都依賴於其特殊的層狀結構特征和原子間的弱成鍵。雖然非層狀結構的氧化物鈣鈦礦體系由於電子的強關聯效應而呈現出極其豐富的物理化學特性和多彩的量子現象，但是制備原子層厚度的超薄二維材料仍然是需要攻克的壹大難題。
2016斯坦福大學HaroldHuang研究組利用脈沖激光沈積技術在水溶性材料的過渡層上生長鈣鈦礦氧化物薄膜，通過溶解過渡層獲得自支撐鈣鈦礦薄膜，為制備二維材料提供了新思路。然而，當他們試圖制備原子層厚度的超薄二維材料時，遇到了難以克服的困難，使得鈣鈦礦氧化物二維材料的探索再次陷入困境。
根據潘曉青的解釋，與斯坦福研究組采用的脈沖激光沈積技術不同，南京大學聶嶽峰教授采用了壹種叫做分子束外延的薄膜生長技術來制備氧化物鈣鈦礦二維材料。通過改進原位監測技術，采用高精度逐層生長方法，成功實現了超薄氧化物鈣鈦礦薄膜制備和轉移的突破，獲得了原子層厚度的高質量氧化物鈣鈦礦二維材料。同時，王鵬教授研究組利用多種先進的球差校正透射電鏡結構分析技術，實現了電子顯微鏡樣品的制備、層數標定和二維極限下精細晶體結構的表征，在二維極限下直接觀察到鈣鈦礦BiFeO3薄膜的壹些新奇現象。如此重大突破的實現，得益於先進的分子束外延薄膜生長技術和亞原子分辨率電子顯微分析技術的有機結合以及科研人員的密切合作。
本研究項目得到了國家重點基礎研究發展計劃、國家自然科學基金和江蘇省“雙才”工程的支持，以及南京大學現代工程與應用科學學院、固體微結構物理國家重點實驗室、人工微結構科學與技術協同創新中心、江蘇省功能材料設計原理與應用技術重點實驗室的大力支持。特別值得壹提的是，已故閔乃本院士鼓勵和支持量子材料微結構研究中心的建立和發展。(完)