在国家自然科学基金项目（批准号：52525201、52350209）等资助下，中国科学院上海微系统与信息技术研究所狄增峰研究员团队与合作者在锗衬底上成功制备出晶圆级低对称性石墨烯摩尔超晶格，并在室温下实现了巨大非线性霍尔效应。相关研究成果以“面向集成量子整流器的晶圆级低对称石墨烯莫尔超晶格（Wafer-scale low-symmetry graphene moiré superlattice for integrated quantum rectifiers）”为题，于2026年10月8日在《科学》（Science）上在线发表。论文链接：https://doi.org/10.1126/science.aeh3915。

　　晶体对称性是决定量子材料电子行为的重要因素。降低晶体对称性可激活贝里曲率驱动的异常输运效应，为量子整流和无线能量收集提供新的物理机制。然而，现有低对称性量子材料主要依赖外加电场、应变或复杂异质结堆叠获得，存在制备流程复杂、界面易受污染及器件重复性不足等问题。如何实现低对称性量子材料的晶圆级可控制备与器件集成，是该领域面临的重要挑战。

　　针对这一问题，研究团队提出表面预熔工程方法，将锗（110）衬底加热至接近熔点，使其表面原子层进入准液体无序状态，并通过调节冷却速率形成周期约0.56纳米的一维条纹表面。该条纹结构将石墨烯的对称性由高对称的D_6h降低至C_1v，形成晶圆级低对称性石墨烯莫尔超晶格。研究团队在该材料中观测到室温、零磁场下的显著非线性霍尔效应，非线性霍尔电导率比现有材料体系高3个量级。理论计算表明，锗能带与石墨烯狄拉克锥杂化形成过度倾斜的有质量狄拉克锥，并产生集中的贝里曲率热点和较大的贝里曲率偶极，是非线性霍尔效应的主要来源。

　　基于这一量子输运效应，研究团队采用与CMOS后端集成兼容的工艺，在4英寸C_1v-石墨烯单晶晶圆上制备非线性霍尔整流器阵列，片上金属互连同时用作射频接收天线，实现了整流与天线功能的一体化集成。在低功率Wi-Fi射频信号激励下产生直流输出，并结合电源管理模块点亮发光二极管。在空间微弱无线能量收集与整流能力上，基于量子整流新原理器件较传统半导体结和二极管整流方案具有明显优势。该研究贯通了低对称性材料晶圆制备、量子输运机理解析与集成器件验证，为非线性量子器件的规模化制造提供了新的材料平台和技术路径。

图 晶圆级低对称石墨烯莫尔超晶格与集成量子整流器