图 (a) 热驱动PdTe2向PdTe相变的原子结构演化示意图；(b) 动态截面STEM图，比例尺：2 nm；(c) 不同Pd-Te相薄膜的超导性能；(d) 太赫兹时域光谱测量示意图；(e) 太赫兹波发射性能对比
在国家自然科学基金项目（批准号：62525406、T2394473、624B2070、62274085）等资助下，南京大学张荣院士、王学锋教授团队联合中国科学院大学、中国科学院金属研究所、大连理工大学等单位，在拓扑材料的大面积原子级重构相变方面取得进展。研究成果以“过渡金属硫族化合物薄膜的大面积非化学计量相变（Large-area non-stoichiometric phase transition in transition metal chalcogenide films）”为题，于2026年1月16日发表在《自然·材料》（Nature Materials）期刊上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02471-9。
拓扑量子材料因其受拓扑保护的电子态与低耗散输运特性，被视为新一代自旋电子材料的重要候选体系。然而，其走向实际应用的核心瓶颈在于大面积、高质量薄膜及其异质结构的可控制备。如何从原子层面深入揭示相变动力学过程及其伴随的原子级重构机制，是实现大面积可控相变与器件应用的关键难题。
为解决这一难题，研究团队利用自主搭建的脉冲激光沉积系统，结合反射式高能电子衍射原位监控，首先在蓝宝石衬底上制备二碲化钯（PdTe2）外延薄膜。随后采用具备原位加热功能的扫描透射电子显微镜（STEM）技术，在原子尺度上直接可视化观测PdTe2在受热过程中向一碲化钯（PdTe）相变的原子级重构动力学过程。结合分子动力学模拟，系统揭示了热驱动空位生成、Pd-Te成键重构进而导致范德华间隙坍缩关闭的完整机理。所制备的PdTe薄膜体系具有优异的超导性能，其超导转变温度与单晶块材相当。且形成的PdTe2/PdTe异质界面原子级平整、天然晶格失配，具有巨大的自旋光电流和太赫兹波发射性能。此外，这种热驱动大面积非化学计量相变的策略还可拓展至二碲化铂（PtTe2）等其他过渡金属硫族化合物体系，有望发展成一个有潜力的非化学计量相变的材料平台。
该研究不仅为过渡金属硫族化合物的大面积制备与规模化制造提供了一种普适性方法，同时也展现了其未来在新型太赫兹源、低功耗自旋芯片、芯片互连、拓扑量子器件和超导量子计算等前沿方向应用的潜力。