中大新聞網訊（通訊員孫勇）常規材料的磁阻比值較低，且在高磁場下趨于飽和（洛倫茲力作用），而具有非飽和線性磁阻的二維量子材料在磁傳感和存儲器件中具有重要的潛在應用，是當前凝聚態物理研究的前沿熱點。隨著量子材料與技術的發展，陸續在石墨烯、狄拉克半金屬及拓撲絕緣體中發現了非飽和線性磁阻現象。PL模型（經典模型）和量子模型是解釋線性磁阻現象的兩大理論，前者將其歸因于遷移率以及載流子濃度的空間漲落，后者則認為其來源于超量子極限，即當磁場足夠強時所有電子填充在最低朗道能級。
圖1 樣品均一性表征。（a） Bi2O2Te的刻蝕示意圖； （b） Bi2O2Te陣列; （c）拉曼光譜均勻性測試；（d）兩端器件陣列；（e-f）兩端器件IV曲線以及電阻分布。
近年來，二維材料的迅速發展推動了線性磁阻的理論與實驗研究。二維層狀非范德華鉍氧硫族化合物（Bi2O2X， X=Se, Te, S）由于其獨特的帶電層堆垛結構和新奇的物理特性，引起了科學界的廣泛關注。自2017年北京大學團隊發現Bi2O2Se以來，該材料迅速成為二維材料繼石墨烯、過渡金屬二硫化物之后的新焦點，并取得了一系列突破性進展，如超靈敏寬帶光電探測器、原位高k柵極控制的高性能晶體管和高速憶阻器等，同時具備了大面積制備的技術基礎。理論預測，Bi2O2Se的同族化合物Bi2O2Te也具有一系列的優異物理特性，但由于制備困難，相關實驗報道較少。2022年，中山大學材料科學與工程學院孫勇副教授、王成新教授團隊經過近一年的實驗摸索，首次制備出高質量的二維Bi2O2Te單晶結構，觀測到各向異性磁阻效應并驗證了理論預測的本征鐵電性（ACS Nano 2022, 16, 19543），發展了空氣熱氧化原位生長高k氧化層的工藝（Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2213807）。目前，Bi2O2Te二維結構的相關研究仍處于起步階段，為推進該材料在微電子及光電子領域的實際應用，大面積、高品質二維晶體薄膜的制備、更多可用物性挖掘和功能器件研究亟待推進。
近期，孫勇副教授、王成新教授團隊通過實驗條件優化設計，成功實現了不同厚度的大面積Bi2O2Te晶體薄膜的可控制備，結合微納加工以及濕化學刻蝕實現了薄膜樣品的圖案化（圖1a-b）。光譜及電學表征驗證了樣品質量的均一性（圖1c-f）。標準霍爾棒器件測試表明，低溫下展現超高電子遷移率（2 K下，～45074 cm2 V-1 s-1 ）、二維輸運特征（圖2d-f）的大線性磁阻（~1345 %）及顯著的Shubnikov-de Hass quantum量子震蕩（圖2b-c）。系統的輸運測試表明，其線性磁阻行為與遷移率漲落主導的經典模型一致。相關結果驗證了Bi2O2Te的規?；苽浜图苫瘧玫目尚行浴?/p>
圖2 輸運行為測試。（a）Bi2O2Te Hall bar的變溫電阻；（b）低溫磁阻; （c）量子震蕩；（d）變角度磁阻；（e-f）磁阻/霍爾電阻角度依賴曲線。
相關研究成果以“Nonsaturating Linear Magnetoresistance Manifesting Two-Dimensional Transport in Wet-Chemical Patternable Bi2O2Te Thin Film”為題發表在ACS旗下期刊Nano Letters。材料科學與工程學院2020級直博士生鄒曉彬為該論文的第一作者，王成新教授、孫勇副教授為論文的共同通訊作者。該研究工作受到國家自然科學基金、廣東省自然科學基金的大力支持。
