北理工全息光刻突破，西安交大二维材料研究进展

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1. 北理工团队在全息光刻微纳制造领域取得重要进展；

2. 西安交大科研团队在二维范德华多铁异质结研究中取得突破性进展；

3. 深研院新材料学院揭示通过晶格应变调控研发成功的高性能富锂锰基锂电池正极材料

1.北理工团队在全息光刻微纳制造领域取得重要进展

微纳光栅是一种能够调节入射光场振幅、波长、相位和偏振的微纳光学结构，相较于超表面，其结构复杂度较低，在传感器、光通信、极弱光成像和光学偏振等领域有广泛应用前景。然而，传统光刻制造方式因成本高昂且工艺复杂，限制了微纳光栅的大规模生产和应用。为解决这些问题，康果果、王岭雪科研团队利用全息光刻的新型无掩模工艺取得了重要进展，成功开发出低成本、高性能的金属纳米光栅，并在可穿戴传感和短波红外偏振成像方面进行了验证，相关论文已发表于ACS Applied Materials & Interfaces和Optics and Laser Technology等国际顶尖期刊。

图1.传感器贴附在人体皮肤上进行测试

可穿戴折射率传感器（ACS AMI 2025）：传统的等离子体传感器多基于刚性基板如硅、玻璃，这使得它们难以与人体曲面良好贴合，从而限制了其在可穿戴设备中的应用。通过激光干涉光刻技术，研究团队在PET基板上制备了高均匀性的银光栅，这种工艺简单且成本低廉，同时支持大规模生产。此外，他们还将共振线宽压缩到了6.9 nm，提高了灵敏度和性能因子。该传感器在稳定性方面表现优异，即使经过上百次弯曲、拉伸以及液体浸泡等测试，线宽变化也小于3.6 nm，灵敏度波动小于1.3%。结合便携式光纤光谱仪后，开发出的便携式检测系统可实现毫秒级响应，无需实验室环境即可实时检测。结合微流控技术，还能实现多种溶液的动态监测，为连续环境监测奠定了基础。这一创新设计为可穿戴传感器技术带来了重要进展，具备广泛的应用潜力，特别是在医疗健康、环境监测和智能交互等领域，未来有望与智能手机等消费级设备结合，推动实验室级精度向消费级设备转化（图1）。

图2 .金属线栅偏振片的测试结果与实物图

短波红外金属线栅偏振片（OLT 2025）：金属线栅是一种非共振型光栅，其消光比主要取决于光栅周期与金属层高度的比例关系。传统上，金属线栅通常是通过电子束光刻和离子束刻蚀的方法制造出来的，这种方式不仅工艺复杂、成本高昂，而且由于无法制作较高的光栅层，难以获得较高的消光比。为了克服这些问题，研究团队探索了一种免刻蚀的工艺方法，采用了全息光刻与倾斜蒸镀金属薄膜两个步骤来制作金属线栅偏振片，这种方法不仅降低了红外金属线栅偏振片的制作难度和成本，还实现了较高的金属栅层，显著提升了消光比。最终制作的金属线栅偏振片在12.5 μm处的平均消光比达到了40 dB（TTM:TTE=10000:1）（图2）。

这项系列研究成果为微纳光栅的大规模生产和应用提供了新的解决方案。通过降低成本并简化工艺流程，不仅解决了微纳光栅“高性能”与“低成本”难以兼顾的问题，还促进了柔性光子器件与红外光学元件领域的发展，在医疗、环境监测和红外偏振等多个领域展现出广阔的应用前景。（来源：北京理工大学）

2.西安交大科研团队在二维范德华多铁异质结研究中取得突破性进展

近日，西安交通大学科研团队在二维范德华多铁异质结实验研究方面取得了重要突破。研究人员在Fe3GaTe2/CuInP2S6多铁异质结中，首次在室温条件下实现了显著的铁磁性非易失电场调控。该成果通过宏观电学测试和微观磁畴成像等多种方式验证了铁电极化对磁畴的调控效果，并借助第一性原理计算和微磁模拟，揭示了铁电极化打破反演对称性，诱发Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI），进而调控磁性的核心机制。

该成果以《室温条件下范德华多铁异质结构中铁磁性的非易失性电场调控》（Nonvolatile Electric Control of Ferromagnetism in Van Der Waals Multiferroic Heterostructures at Room Temperature）为题，于5月28日在线发表于国际知名材料学期刊《先进材料》（Advanced Materials）。西安交通大学材料学院博士研究生赵含章担任论文第一作者，闵泰教授与李桃教授为共同通讯作者。

在自旋电子学领域，实现磁性的电场调控是降低器件能耗的关键策略之一。近年来，理论预测指出多种二维范德华多铁异质结构具备磁电耦合潜力，但实验验证仍十分有限，加之大多数二维磁性材料存在居里温度低、环境稳定性差等问题，在室温下实现稳定、可重复、非易失的电控磁行为仍然面临巨大挑战。本研究构建的FeGaTe/CuInPS范德华异质结，依托新型二维铁磁材料Fe3GaTe2的室温磁性及其与CuInP2S6的层间耦合特性，在常温大气环境中成功实现了稳定、显著的非易失电场调控磁性翻转，为二维磁电调控器件的实际应用迈出了重要一步。

（a）器件的磁滞回线随极化电压的变化趋势； （b）Fe3GaTe2/CuInP2S6异质结中磁畴随外磁场的演变； （c）第一性原理计算CuInP2S6不同极化状态下Fe3GaTe2的Fe原子磁矩、各向异性能和DMI系数； （d）第一性原理计算的界面电荷转移，是导致Fe3GaTe2对称性破缺的主要因素； （e）微磁模拟复现霍尔测试实验结果。

团队围绕该异质结开展了系统性的研究。通过霍尔测试显示磁滞回线随极化电压的变化，表明磁性状态可以被稳定调控；利用磁力显微镜成像清晰捕捉了磁畴在外电场、磁场、温度作用下的动态演化过程；借助第一性原理计算揭示了极化态诱导的界面DMI增强效应；结合微磁模拟再现了霍尔测试中观察到的磁化翻转行为。研究表明，电极化驱动的界面DMI调控机制能够降低磁畴壁形成能，促进磁畴的非协同（non-coherent）翻转，从而实现铁磁性的非易失调控。本项研究不仅实现了全二维异质结构在室温下的磁电耦合调控，还在理论机制与实验观测之间建立了高度一致的物理图像，为后续自旋电子器件的功能设计与材料开发提供了重要参考，使其在低功耗存算器件、拓扑磁结构调控等领域具备广阔的应用前景。

此项工作得到了国家重点研发计划项目的资助。（来源：西安交通大学）

3.深研院新材料学院揭示通过晶格应变调控研发成功的高性能富锂锰基锂电池正极材料

锂电池是中国当前的“新三样”。提升锂电池性能是当务之急。下一代锂电池正极材料是富锂锰基材料（LMR），因其超高比容量而受到广泛关注，但其结构复杂且电化学性能衰减明显，严重阻碍了实际应用的推广。北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授团队此前的研究发现，由两相共存引发的晶格应变是导致结构退化的根本原因（Nature, 2022, 606, 305—312），并且这一问题难以通过常规的合成动力学调控手段缓解（Energy Environ. Sci., 2024, 17, 3807—3818）。在实际循环过程中，这种两相结构会导致异步的结构演化，在相界与缺陷区域积累显著的单向拉伸应变，

到这里，我们也就讲完了《北理工全息光刻突破，西安交大二维材料研究进展》的内容了。个人认为，基础知识的学习和巩固，是为了更好的将其运用到项目中，欢迎关注golang学习网公众号，带你了解更多关于学术研究进展的知识点！