近日，化工與化學學院于淼教授團隊和儀器科學與工程學院孫曄教授聯合在光致重構領域取得重要突破，首次實現了光誘導的層間原子遷移所引發的表面重構，深刻揭示了其轉變機制，成功實現了半導體向金屬的轉變(PSMT)。研究成果以《光誘導層間原子遷移驅動銅硒化物/銅異質結構由半導體向金屬態轉變的表面重構》(Semiconductor-to-metal surface reconstruction in copper selenide/ copperheterostructures steered by photoinduced interlayer atom migration)為題，發表在《自然通訊》(Nature Communications)上。該研究為新型光電探測器、高效催化劑及功能材料設計提供新思路，有望推動光場驅動材料調控技術在多領域的創新與應用。
 

　　表面重構作為調控材料化學和物理特性的關鍵途徑，在催化、傳感、表面工程及器件設計等領域具有廣泛應用。相較傳統方法，光致表面重構以其非接觸性、高度可控性及可逆性等獨特優勢備受矚目。該工作基于單晶銅Cu(111)表面外延生長的單層硒化亞銅體系，成功實現了紫外光誘導的PSMT。運用掃描隧道顯微鏡(STM)，團隊證實紫外光照射促使單晶銅Cu(111)表面上的硒化亞銅單層發生顯著重構，亞表層的銅原子遷移至表層，硒原子則全部轉移至亞表層，從而在表面形成了有序的銅單原子層，并在亞表層生成了新的硒化亞銅單層。團隊通過掃描隧道譜(STS)進一步分析證實了表面電子結構成功從半導體完成向金屬態的轉變，并通過密度泛函理論(DFT)計算結果揭示了光誘導電子激發在降低轉變能壘中的關鍵作用，使激發態下的轉變更易發生。此外，通過熱激發，表面能夠從單層金屬銅完全恢復至初始的硒化亞銅單層。這種由硒化亞銅變為銅、再由銅變為硒化亞銅單層的雙向轉變過程可循環往復進行，表現出高可逆性。
 

光致單晶銅Cu(111)表面硒化亞銅向Cu轉變及加熱可逆重構的示意圖
 

　　該研究首次證實光誘導層間原子遷移所觸發的相變能在兩種完全不同的材料間發生，打破了傳統PSMT僅限于同一材料內部相態轉換的界限，在原子尺度、實空間揭示了表面光致PSMT轉變和機制，拓展了光致表面重構的研究范疇，進一步展現了動態調控表面電子結構的廣闊前景。
 

　　于淼教授、孫曄教授為論文通訊作者。哈工大化工與化學學院博士研究生陳美玲、中國科學院半導體研究所劉文浩博士為論文共同第一作者。哈工大化工與化學學院丁鵬程、李卓、陳揚晗博士，昆明理工大學盧建臣教授，倫敦國王學院列夫·康托羅維奇教授，中國科學院半導體研究所博士研究生郭鳳武，哈工大化工與化學學院博士研究生易偉參與相關研究工作。