近日，浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院（ZJUI）胡欢研究员及其团队的最新研究成果“原子力显微镜(AFM)纳米球形探针”正式发表于国际知名期刊Nanoscale。胡欢研究员与浙江大学徐杨教授合作带领团队研发出了一种基于纳米球型原子力显微镜(AFM)探针的清洁技术，能够实现几乎无损的二维材料异质结界面的清洁。ZJUI博士生丁小蕾为文章的第一作者，通讯作者为ZJUI副教授胡欢、浙江大学教授徐杨。

范德华异质结技术是后摩尔时代电子器件核心技术，其应用前景广阔。把多种性质各异的二维材料，像搭原子级积木一样精准堆叠，便构建出了二维材料的范德华异质结。通过巧妙调控关键参数，如同转动精密仪器的旋钮，能对器件性能进行有效调控与重塑。然而，在制备和转移的关键环节，材料表面极易受到污染。制备时混入的气泡、转移时残留的聚合物，还有各类杂质，如同潜伏的“捣蛋鬼”，破坏了层间的紧密耦合，影响了材料原本的优异性能。 二维材料如同一张纤薄而精致的“纳米画布”，而污染物就像在画布上滴落的斑点，既影响其本征特性，也妨碍了后续的功能实现。于是课题组认为，如何高效、无损地清除这些污染物，让这张“纳米画布”恢复其纯净本色，成为该项技术面临的重要挑战。

目前，基于原子力显微镜（AFM）的探针接触模式清洁技术已成为二维材料表面清洁的重要工具。然而，它的清洁方式更像一把“刻刀”：通过极小的接触面积施加高强度压力，虽然能够清除部分污渍，但却极易在材料表面留下划痕，甚至造成不可逆的损伤，尤其是在清理大气泡或顽固污染物时显得力不从心。

为了突破这种局限，课题组开发了全新的纳米球形探针（Nano-Spherical Probe）。ZJUI副教授胡欢告诉我们：“相比于传统探针的“刻刀式”清洁，纳米球形探针更像一支“画笔”，通过均匀而轻柔的接触，将污染物从“画布”上拂去，同时保护了二维材料的结构完整性。”

                                                                                                                                                                                纳米球探针示意图

值得关注的是，纳米球形探针在二硫化钼/六方氮化硼（MoS₂/hBN）样品上的应用实验中展示了优越的性能，二维材料表面的污染物被有效去除，光学均匀性得到显著改善。此外，开尔文探针力显微镜（KPFM）的检测结果进一步证实，在清洁过程后，材料的电势分布均匀性并未受到影响，说明纳米球形探针不仅能够高效去除污染物，还在保持材料表面形貌完整性和电学性能稳定性方面具有显著优势。

                                                                                (a)(b)纳米球探针扫描二维材料异质结过程示意图,(c)(d) MoS₂/hBN被纳米球探针清洁前后的AFM图片，(e)纳米球探针的SEM图和小球内部成分图

由此，课题组得出，纳米球探针技术可通过精准调控接触力与压力分布，切实有效地优化电子器件的界面、去除表面污染物，同时抑制缺陷的产生。在此基础上，课题组计划将后续研究聚焦于石墨烯与硅的界面，以及过渡金属硫化物场效应晶体管（FETs）等器件。

“通过开展更为深入的实验验证与优化工作，我们力求在提升电子传输效率、降低开关阈值以及提高载流子迁移率等关键性能指标上取得实质性突破。”课题组成员丁小蕾告诉我们。

这项研究成果不仅将大幅提升电子器件的性能与可靠性，更有望在全球范围内重塑二维材料在电子学、能源、通信等多领域的应用格局，为人类社会的数字化转型和科技跃升开辟前所未有的全新路径。

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2025/NR/D4NR03583F