在材料科學的浩瀚星空中，二硒化鎢（WSe2）作為一種重要的二維層狀半導體材料，近年來因其獨特的物理性質和廣泛的應用前景，逐漸成為了科研界關注的焦點。日前，上海交通大學物理與天文學院李聽昕課題組、李政道研究所劉曉雪課題組發現了二硒化鎢在石墨烯超導研究中的突破性應用。相關研究成果發表在Nature上。
一、二硒化鎢與石墨烯的奇妙結合
二硒化鎢，一種二維過渡金屬硫族化合物，其層狀結構限制了熱量傳導，提高了熱電轉換效率，在電子器件、光電器件等領域展現出巨大的應用潛力。
石墨烯，一種由單層碳原子組成的二維材料，具有極高的導電性、導熱性和機械強度，是已知最薄、最堅硬的材料之一，在電子學、光學、力學等領域展現出廣泛的應用潛力。
研究團隊通過將單晶雙層石墨烯與二維半導體二硒化鎢相結合，形成了一種全新的異質結構。這種結構不僅保留了石墨烯的優異導電性，還通過二硒化鎢的引入，豐富了其物理性質，特別是在超導態的觀測上取得了重大突破。
研究團隊發現，當雙層石墨烯與二硒化鎢貼合形成異質結構後，通過提升電場強度優化樣品製備方法，他們首次在單晶雙層石墨烯的電子端通過柵極靜電摻雜發現了超導態。這一發現不僅填補了以往研究中的空白，也為理解晶體石墨烯及轉角石墨烯系統的超導機理提供了新的視角。
二、二硒化鎢在超導研究中的應用
在超導材料的研究中，石墨烯因其獨特的電子結構和物理性質一直備受矚目。石墨烯本身並不具備超導性，科學家們正在研究如何通過摻雜、施加壓力或引入缺陷等方式，使石墨烯在特定條件下表現出超導性。長期以來，由於容易受到雜質效應的影響，石墨烯超導態的觀測和表徵一直是個難題。上海交大研究團隊通過引入二硒化鎢作為襯底材料，有效提升了石墨烯的超導性能，使得在更高的電場下（1.6V/nm）觀測到穩定的超導態成為可能。
這一發現不僅證明了二硒化鎢在提升石墨烯超導性能方面的獨特作用，也為未來設計基於石墨烯系統的高品質新型超導量子器件提供了重要的實驗依據和理論支援。
三、展望二硒化鎢的未來應用
上交李聽昕/劉曉雪課題組的研究成果不僅為石墨烯超導領域的研究帶來了新的突破，也為二硒化鎢這一重要材料的應用開闢了廣闊的前景。隨著科學技術的不斷進步和材料製備工藝的日益完善，二硒化鎢在新型量子器件設計中的潛力正在逐步顯現。其優異的半導體性能和與石墨烯等材料的良好相容性，使得它成為製備高性能電子器件、光電器件以及量子計算元件的理想材料之一。
未來，隨著對二硒化鎢及其複合材料研究的不斷深入，我們有望看到更多基於這些材料的創新應用。例如，在量子資訊領域，利用二硒化鎢的超導性和二維層狀結構特性，可以設計出更加穩定、高效的量子比特和量子門電路；在光電子器件方面，二硒化鎢的高光電轉換效率和可調控的光學性質，則有望推動光電器件性能的進一步提升。
