利用范德瓦尔斯异质结构器件平台对二硫化钼进行多端电输运测量

原子级薄的二维半导体如二硫化钼（MoS2）在电学、光学和力学器件中展现出巨大潜力，并呈现出耦合自旋-谷物理和谷霍尔效应等新奇物理现象。然而，单层及少层 MoS2 的电子迁移率迄今仍显著低于理论预测极限，尤其在低温下，这阻碍了对其本征量子输运行为的观测。无序和散射的潜在来源包括 MoS2 自身的硫空位等缺陷，以及来自氧化物电介质的带电杂质和远程光学声子等外在因素。为减少外在散射并逼近本征极限，我们开发了一种范德瓦尔斯异质结构器件平台，将 MoS2 层完全封装在六方氮化硼中，并利用栅压可调的石墨烯电极以多端几何构型实现电学接触。多端磁输运测量显示出器件性能的显著提升，其中 6 层 MoS2 在低温下的霍尔迁移率达到创纪录的 34,000 cm²/Vs。与理论对比表明，带电杂质密度降低了 1-2 个数量级，说明先前研究中低温性能受限的主因是外在因素而非 MoS2 自身缺陷。我们还在高迁移率单层和少层 MoS2 中首次观测到舒布尼科夫-德哈斯振荡。因此，这一新型器件平台为测量二维半导体材料的本征性质和研究量子输运现象开辟了新途径。