上海电机学院材料学院金敏教授团队主持的中国空间站科学实验项目样品，于2022年10月31日随梦天实验舱在海南文昌发射场成功发射入轨，随后在航天员协助下圆满完成了空间微重力科学实验，于2023年6月4日随神舟十五号载人飞船在东风着陆场成功回收。
在获得空间实验样品后，金敏教授团队迅速联合国内多家优势单位，开展了历时2年多深入系统的科学实验研究。经过协同攻关，近期在相关研究领域取得了系列重大进展。
主要成果1：基于空间高质量InSe晶体发现滑移铁电现象。滑移铁电是近年来铁电学研究领域新兴的重要前沿方向。理论研究表明，具有非对称中心结构的范德华层状InSe晶体理论上应表现出滑移铁电性，然而在地面环境制备的InSe晶体中，由于受重力和安瓿瓶接触应力等因素影响，晶体内往往会自然形成大量堆垛层错，严重阻碍了对其本征滑移铁电性的认识与利用。空间微重力为生长高质量InSe单晶提供了独特条件。研究团队在不同厚度的空间InSe薄片中直接观测到了清晰的铁电电滞回线和极化翻转行为，首次为范德华层状InSe的本征滑移铁电性提供了直接实验证据。基于此构建的铁电半导体场效应晶体管展现出了优异的载流子迁移率和显著的存储窗口，表明高质量的InSe晶体在高速低功耗内存计算领域具有广阔应用前景。进一步研究表明，空间InSe晶体不仅实现了更高效的超线性发光，其激发阈值也显著降低，这一发现为发展发射极集成型内存计算与传感计算芯片提供了理想材料体系。
该工作近期发表在国际顶级期刊Nature communications（中科院一区top，IF=16.2）上。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-70520-1
成果2：空间低缺陷InSe晶体制备出高性能场效应晶体管器件。InSe晶体因其更快的热速度、更短的缩放长度和更低的简并度等优势，近年来在国际上备受关注，在微电子和光电子领域展现出广阔的应用前景。然而，InSe材料在地面制备过程中常出现严重的位错和层错缺陷，严重制约着其电子器件的性能。本研究一方面验证了空间InSe晶体低的本征缺陷，另一方面发现重力缺失释放了晶格畸变，诱导晶格发生了明显膨胀，其沿面内（a/b平面）和层间方向（c轴）相比地面分别膨胀了1.29%和3.65%。这种晶格结构变化带来了更窄的带隙、更小的电子有效质量、更大的缺陷形成能和更高的电子态密度等一系列优异的电子特性，大幅抑制了载流子散射效应，极大提升了电子输运效率。基于太空生长InSe晶体制备的场效应晶体管表现出卓越的电学性能，场效应迁移率高达2250 cm2V-1s-1，是地面正常生长InSe晶体管的4倍以上，开关比超过108，显著优于其他二维材料同类器件。同时，太空InSe晶体中较浅的缺陷能级和较低的缺陷密度显著促进了光生电子的产生和高效输运，从而实现了高达5316 A/W的光响应度和1.38×1012Jones的探测率。本研究将在微电子器件、光电探测器和集成电路等领域发挥重要作用，为我国抢占未来科技制高点注入强劲的创新动力。
该工作近期发表在国际顶级期刊Advanced Materials（中科院一区top，IF=26.8）上。
论文链接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202506506
以上研究由上海电机学院与中科院上海硅酸盐研究所、华东师范大学及山东大学等单位协作完成。系列工作得到了中央军委、载人航天办公室及上海市优秀学术带头人项目的支持。（供稿：材料学院）
