氮化鎵（GaN）是一種重要的半導(dǎo)體材料，其在藍(lán)光發(fā)光二極管等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用使得其成為了研究的熱點(diǎn)。然而，盡管鎂（Mg）摻雜對于實(shí)現(xiàn)p型GaN的成功合成至關(guān)重要，但GaN和Mg之間的相互作用細(xì)節(jié)仍然是未知的。這導(dǎo)致了在利用GaN進(jìn)行摻雜和構(gòu)建半導(dǎo)體器件時存在諸多挑戰(zhàn)，尤其是關(guān)于提高載流子遷移率的問題。

　　為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，日本名古屋大學(xué)（Nagoya University）Jia Wang，Hiroshi Amano等研究者提出了一種全新的方法：通過在大氣壓下對鎂薄膜和GaN進(jìn)行退火，實(shí)現(xiàn)了單原子鎂片自發(fā)插入到GaN中，形成了二維Mg插層GaN超晶格結(jié)構(gòu)。這一方法為實(shí)現(xiàn)高彈性應(yīng)變的GaN提供了可能，從而改變了其電子能帶結(jié)構(gòu)，極大地增強(qiáng)了其載流子傳輸性能。此外，這項(xiàng)研究還揭示了插層Mg對GaN極性的獨(dú)特調(diào)控效應(yīng)，為半導(dǎo)體摻雜和材料工程領(lǐng)域帶來了新的思路和方向。

　　【科學(xué)亮點(diǎn)】（1）本研究首次觀察到在大氣壓下退火鎂薄膜在GaN上的情況下，形成了Mg插層GaN超晶格結(jié)構(gòu)，這標(biāo)志著二維金屬插層到體塊半導(dǎo)體的首次實(shí)例。這一現(xiàn)象被稱為2D-Mg摻雜。

　?。?）通過高角度暗場掃描透射電鏡（HAADF-STEM）成像技術(shù)，作者逐步放大的圖像揭示了Mg插層GaN超晶格結(jié)構(gòu)的復(fù)雜細(xì)節(jié)。每個連續(xù)的Mg插層片具有數(shù)十納米的直徑，并且每對Mg插層之間觀察到5-10層GaN。進(jìn)一步的原子分辨集成差分相位對比（iDPC）-STEM成像證實(shí)了插層片由單原子層組成，而能量色散X射線光譜（EDS）和元素分布圖證實(shí)了這一單層完全由Mg組成。

　　（3）此外，插層Mg（Mgi）到原子片中的分離不會破壞六角形GaN的原始晶格對稱性。具體地，每個Mg原子被六個N原子包圍，占據(jù)八面體間隙位，形成了ABCAB注冊，而相鄰的GaN層則遵循ABAB堆疊序列。這一結(jié)構(gòu)的形成導(dǎo)致了在插層層之間垂直方向上的實(shí)質(zhì)性單軸壓應(yīng)變，超過了薄膜材料中記錄的最高值之一。

　　科學(xué)啟迪】本研究揭示了一種全新的現(xiàn)象，即在大氣壓下，通過在漏磁性氮化鎵（GaN）表面退火鎂（Mg）薄膜，自發(fā)形成了Mg插層GaN超晶格結(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)開辟了一條新途徑，可以將二維金屬插層到體塊半導(dǎo)體中，從而為材料科學(xué)和納米技術(shù)領(lǐng)域提供了全新的研究方向。此外，通過對Mg插層GaN超晶格結(jié)構(gòu)的詳細(xì)表征，作者發(fā)現(xiàn)了這種結(jié)構(gòu)具有極高的單軸壓應(yīng)變，超過了薄膜材料中記錄的最高值之一。這為彈性應(yīng)變工程提供了新的可能性，有望在半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)和制造中發(fā)揮重要作用。、另外，Mg插層還導(dǎo)致了GaN極性的周期性轉(zhuǎn)變，并產(chǎn)生了極化場誘導(dǎo)的凈電荷，這為半導(dǎo)體摻雜和導(dǎo)電性增強(qiáng)提供了新的思路。

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