原标题：我院低维量子材料团队揭示SnTe-PbTe单层侧向异质结构中的表面扩散机制
近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）低维量子材料团队联合德国马克斯·普朗克微结构物理研究所（MPI-MSP）、美国阿肯色大学（UArk）等单位，基于分子束外延（MBE）在石墨烯/SiC衬底上制备SnTe–PbTe单层侧向异质结构，并结合原位低温扫描隧道显微镜/谱（STM/STS）原子尺度表征与数值模拟分析，揭示了生长过程中主导界面质量的一种表面分子扩散（surface diffusion）机制。该机制为理解一维侧向界面附近替位缺陷与互扩散的空间分布提供了清晰的微观图像，并为进一步提升侧向异质结构的界面质量与可控构筑提供了重要物理依据。2026年1月18日，相关成果以“SnTe-PbTe单层侧向异质结构中的表面扩散”（Surface diffusion in SnTe‑PbTe monolayer lateral heterostructures）为题发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。
本工作围绕侧向异质结构界面质量的形成机理开展研究。SnTe与PbTe同属IV-VI族化合物单层体系，适合作为模型平台来研究“同晶型、不同功能”材料在一维侧向界面处的高质量拼接。研究团队通过顺序外延生长获得两类典型界面——PbTe在SnTe外侧生长形成的界面（PoS）以及SnTe在PbTe外侧生长形成的界面（SoP）。原位STM原子分辨图像显示，两类界面附近的互扩散与替位缺陷分布呈现显著差异，表明侧向界面处除晶格内部的位点交换过程外，还存在与表面迁移相关的关键动力学通道。
通过对界面附近缺陷的空间统计，研究团队观察到PoS界面具有代表性的“突变+长尾”特征：界面附近成分在极短距离内快速变化，但在PbTe一侧出现延伸更远、随距离衰减的替位缺陷尾迹，并且该衰减规律在多组样品与多位置统计中保持一致。这一结果提示互扩散并非仅由体相式的对称扩散剖面决定，而与侧向生长前沿附近的表面过程密切相关。
基于上述原位原子尺度观测，研究团队提出并验证了“表面分子扩散”机制：在PoS生长过程中，生长的PbTe分子束流在SnTe单层表面发生一定概率的替位反应，使部分SnTe以吸附分子的形式从晶格中被释放出来；这些游离分子可在表面快速迁移，并在侧向生长时重新并入新生的PbTe边缘，从而在PbTe侧形成随距离衰减的Sn替位缺陷分布。该机制强调，一维侧向界面为表面迁移-并入提供了有效通道，从而主导界面附近缺陷尾迹的形成并决定最终界面质量。
为获得定量层面的支撑，研究团队进一步建立Monte Carlo数值模拟，将吸附分子的生成、迁移、解吸以及侧向生长速率等过程纳入统一框架。模拟能够再现实验中缺陷分布的指数型衰减行为，并揭示温度相关动力学参数与生长前沿推进速率之间的竞争关系决定尾迹的强度与衰减长度。进一步的MBE参数调控实验（如基底温度与通量/生长速率）表明，界面附近缺陷密度与其空间分布可被系统调节，实验趋势与模拟预期一致，从而为表面分子扩散机制提供了交叉验证。
该工作从原位原子尺度表征出发，建立了侧向异质结构界面附近扩散行为的微观动力学图像，为理解与调控一维侧向界面处的成分与缺陷分布提供了新视角。相关认识亦可推广至更广泛的二维侧向异质结构体系，为面向量子输运与纳米器件的高界面质量材料平台构筑提供方法学参考。
该论文第一作者为MPI-MSP博士生季婧蓉和量子院助理研究员高子昂，通讯作者为量子院常凯研究员、MPI-MSP的Stuart S. P. Parkin教授、UArk的Salvador Barraza-Lopez教授，以及量子院刘充副研究员。论文合作者还包括UArk的Shiva Prasad Poudel博士、量子院博士生曹瑞琦、MPI-MSP的Tianzhe Chen和Luxin Li博士。该工作得到了国家科技重大专项、国家自然科学基金、北京市科技计划等项目的支持。