摘要：为了解决这一瓶颈，麻省理工学院Jeehwan Kim教授、威斯康星大学麦迪逊分校Chang-Beom Eom教授、伦斯勒理工学院Yunfeng Shi教授以及韩国首尔国立大学Celesta S. Chang教授等人携手在Nature期刊上发表了题为“Atomi

近年来，在超薄、单晶、自支撑的复杂氧化物体系方面的突破性进展，引发了业界对其在下一代商业器件中应用潜力的广泛关注。

然而，这类超薄复杂氧化物膜的大规模生产一直受限于一个关键难题：需要在外延层与基底之间插入人工释放层。

成果简介

为了解决这一瓶颈，麻省理工学院Jeehwan Kim教授、威斯康星大学麦迪逊分校Chang-Beom Eom教授、伦斯勒理工学院Yunfeng Shi教授以及韩国首尔国立大学Celesta S. Chang教授等人携手在Nature期刊上发表了题为“Atomic lift-off of epitaxial membranes for cooling-free infrared detection”的最新论文。他们提出了一种无需人工释放层即可实现原子级精度剥离的技术，从而推动超薄、自支撑钙钛矿体系的高通量规模化生产。在理论分析与实验验证的基础上，作者确认铅元素在削弱界面结合方面起到了关键作用。

基于这一发现，作者开发出一套通用的剥离策略，成功制备出多种厚度低于10纳米的超薄钙钛矿膜。作者构建的热释电膜展现出高达1.76 × 10⁻² C m⁻² K⁻¹的热释电系数，创下纪录，这归功于其极低的厚度以及自支撑结构。此外，该方法为实现可覆盖全远红外光谱范围的免冷却探测器提供了全新制造路径，标志着探测器技术的一项重要进展。

研究亮点

（1）实验首次提出了一种无需人工释放层的原子级精度剥离技术，成功制备出超薄、自支撑的单晶钙钛矿膜，厚度可低至10纳米。

（2）实验通过对铅元素在界面弱化中的作用进行深入分析，提出了基于铅的普适性剥离策略，显著提升了膜的质量和生产效率，解决了传统方法中面临的生产瓶颈。

（3）通过此方法制备的热释电膜展现出高达1.76×10⁻² C m⁻² K⁻¹的热释电系数，创下了超薄膜领域的纪录，展示了其优异的性能。

（4）研究表明，利用该技术可以生产大规模、低厚度的钙钛矿膜，并成功应用于免冷却探测器的制造，实现在全远红外光谱范围内的探测器技术进步。

（5）此技术突破为未来远红外成像系统的冷却-free解决方案铺平了道路，有望推动在新型传感器和探测器领域的广泛应用。

图文解读

图1.研究ALO过程中的剥离机制

图2.基于Pb诱导化学弱化的ALO工艺机械剥离指南

图3.通过大规模生产超薄膜展示ALO的优势

图4.基于PMN-PT膜的单个器件的热释电特性

图5.冷却FIR成像的潜在应用

结论展望

总之，本文介绍并展示了一种无需释放层的原子级精度剥离（ALO）技术，用于生产复杂氧化物膜，且无需进行任何人为修改来创造弱化界面，从而确保了高通量、均匀性和优异的晶体质量。通过理论与实验相结合，作者解释了铅引起的弱共价键对该机制的贡献。此外，作者基于改进的剥离模型，提供了实现ALO的应力条件指南，并通过这些指南验证了裂纹传播的原子级精度。作者成功地大规模生产了高质量、超薄的钙钛矿膜。作为关键应用的示范，利用自由支撑膜的厚度效应，作者实现了创纪录的热释电系数。

此外，作者还成功制造了100%良率的热释电器件阵列，预示着一种超越传统HgCdTe器件性能的免冷却远红外探测器的前景。总体而言，作者的技术为自由支撑单晶氧化物的基础研究和工业应用提供了新的机遇。作者希望这项工作能激发更多研究，特别是探索无重金属替代品，以提高该方法的环境可持续性。

文献信息

Zhang, X., Ericksen, O., Lee, S. et al. Atomic lift-off of epitaxial membranes for cooling-free infrared detection. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08874-7

来源：MS杨站长