一、【科学背景】
远程外延是一种通过在衬底与生长薄膜之间插入一层“静电半透明”的二维材料（如石墨烯、h-BN、非晶碳等），使得薄膜仍能“感知”衬底的晶体结构并实现外延生长的技术。远程外延的优势在于生长后的薄膜可以轻松剥离并转移到其他衬底上，实现异质集成。传统观点认为，由于原子级电势在几个原子距离后迅速衰减，远程外延的有效作用距离通常小于1 nm，无法实现更远距离作用。此外，学术界一直存在争议——外延生长是否真的是通过二维缓冲层中的“缺陷孔洞”实现的，而非真正的远程相互作用。
二、【创新成果】
基于上述两个难题，美国伦斯勒理工学院石建教授、石云峰教授与佛罗里达州立大学 Hanwei Gao教授合作，在Nature发表了题为“Long-distance remote epitaxy”的论文，通过设计 超厚非晶碳（a-C）缓冲层实验，突破传统 1 nm 距离限制，首次实现2-7 nm 缓冲层厚度下的远程外延，并揭示 “衬底位错” 是介导长距离相互作用的关键。研究人员通过实验证明了NaCl基板上CsPbBr3薄膜、KCl基板上KCl薄膜和GaN上ZnO微棒的长距离远程外延，并表明GaN基板中的位错直接存在于每个远程外延ZnO微棒下方。这些发现表明，可以通过利用缺陷介导的长距离远程相互作用来设计和设计远程外延。
三、【图文解析】
图1 厚a-C远程外延示意图 © 2025 Springer Nature
图2 通过远程外延在a-C/NaCl上制备CsPbBr3薄膜 © 2025 Springer Nature
图3 a-C、位错和早期生长 © 2025 Springer Nature
图4 边缘位错存在下远程外延中衬底-团簇相互作用的原子级建模 © 2025 Springer Nature
图5 a-C/GaN外延ZnO纳米棒的生长 © 2025 Springer Nature
图6 ZnO微棒和衬底位错之间的空间相关性 © 2025 Springer Nature
四、【科学启迪】
综上，本研究通过 “超厚 a-C 缓冲层 + 多体系验证 + 位错关联实验”，首次证实 2-7 nm 距离下的长距离远程外延，打破传统认知。实验展示了卤化物钙钛矿、岩盐和ZnO薄膜在厚a-C缓冲基底上的长距离远程外延。电子显微镜显示外延生长前后a-C层中没有针孔或其他缺陷。NaCl和KCl衬底中高位错密度的实验观察、a-C/SrTiO3中没有远程外延以及外延岛和衬底位错之间一对一对应关系的发现，以及计算模拟表明，线缺陷可能导致远程相互作用扩展到7 nm。本研究不仅扩展了远程外延的作用距离，还揭示了衬底缺陷（尤其是位错）在远程外延中的关键作用，为未来设计新型外延系统提供了理论基础和实验依据。该工作有望推动柔性电子、光电子器件和异质集成技术的发展。
原文详情： Long-distance remote epitaxy (Nature 2025, DOI: 10.1038/s41586-025-09484-z)
本文由大兵哥供稿。
