单晶资料的成长已经有上百年的前史，可是传统制作办法往往需求杂乱、精密的制备工艺，这使得单晶资料价格遍及贵重，并极大地约束了单晶资料的广泛使用。电镀技能因为其简略、易操作、低成本、可规模化等优势渐渐的变成了很重要的现代加工技能。在单晶衬底上外延电镀为取得高度有序的薄膜资料供给了一种经济高效的办法。可是在传统外延电镀进程中，镀层中会不可避免地构成缺点；随镀层厚度添加，缺点数量的堆集会导致孪晶呈现，并进一步导致镀层结构向多晶改变，使得传统单晶衬底上的外延电镀只能取得几微米厚的单晶薄膜。
根据对表界面调控在资料成长进程中所起作用的深入知道，北京大学物理学院刘开辉教授、王恩哥院士与合作者从表界面物理动身，提出了一种“原子台阶引导原子精准摆放”的调控战略，使用简略、易操作且低成本的电镀办法，完成了厚度可达毫米量级的单晶厚铜的制备。研讨团队在前期工作中经过表界面调控晶粒反常长大进程，使用高温退火技能完成了30余种高指数晶面、A4尺度单晶铜箔库的制备（Nature,2020,581, 406）。在本工作中，研讨团队以高温退火得到的高指数面单晶铜箔（25微米厚）作为阴极，以商用多晶铜板作为阳极，在硫酸铜溶液中进行电镀，完成了分米级巨细单晶厚铜片的制备。
试验发现，高指数单晶铜外表一起的原子台阶结构，可以引导铜原子的有序堆积，削减缺点、层错或晶格孪晶的构成。以高指数面单晶铜为电镀衬底，成功处理了传统外延电镀进程中镀层缺点堆集导致结构向多晶改变而没有办法取得厚单晶镀层的问题，现在已完成3毫米厚单晶铜片的制备。与相同厚度的多晶铜比，所制备的单晶铜在电导率、延展性和疲惫功能方面具有明显提高。研讨成果为单晶铜片的规模化出产供给了新的战略，有望推进单晶铜在高速、大功率、柔性电路等范畴的高端使用，一起该办法的提出为金属单晶体资料的工业化使用供给了一种简略、有用、易操控的规模化制备办法。
图1. 原子台阶辅佐外延电镀单晶厚铜片。（a）电镀单晶铜片示意图；（b）电镀得到的单晶厚铜片相片；（c）单晶Cu(211)上台阶诱导岛成长（上）及Cu(111)晶面上传统岛成长形式示意图；（d）Cu(211)及Cu(111)衬底上镀层晶体结构随厚度改变。图片来自：Sci. Bull.
近来，相关研讨成果在线发表于《科学通报》（Science Bulletin）。北京大学博士生李兴光为论文榜首作者，北京大学刘开辉教授、王恩哥院士和北京科技大学张智宏副教授为一起通讯作者，其他合作者还包含北京大学王新强教授、高鹏教授、吴慕鸿副研讨员、松山湖资料试验室付莹研讨员等。研讨工作得到了国家自然科学基金、国家要点研制方案、广东省要点范畴研制方案、广东省根底与使用根底研讨要点项目、中国科学院战略性先导科技专项、北京大学电子显微镜试验室等支撑。