2026年2月11日，《先进科学》（Advanced Science）在线发表了以《面向非易失性光学应用的二维单质相变材料的原子级理解》（Atomistic Understanding of 2D Monatomic Phase-Change Material for Non-Volatile Optical Applications）为题的研究性论文。

相变存储材料（PCM）是实现非易失性存储和类脑计算的主要候选材料。其中，单质锑（Sb）因其能够避免多组分PCM在反复编程过程中常出现的相分离问题而备受关注。将Sb薄膜的厚度限制在数纳米范围是延长其非晶态保持时间的必要手段，但这同时导致其光学性质具有显著的厚度依赖性，使非易失光学器件的设计与优化变得困难。然而，目前缺乏对此种光学性质厚度依赖性的原子级理解。

针对以上问题，西安交通大学金属材料强度国家重点实验室材料创新设计中心（CAID）研究团队基于第一性原理计算模拟系统研究了二维Sb在晶态与非晶态的光学响应，并揭示了其光学对比度随厚度下降而减小的物理根源在于晶态中金属共价键的减弱。结合基于有限元方法的光波导器件模拟，预测实际应用中Sb的厚度下限应为2 nm。进一步，团队对这一预测进行了实验验证：采用磁控溅射技术成功制备了高质量的2 nm Sb薄膜，证明了其仍具有明显的电学与光学对比度，同时与更厚的薄膜相比，其结晶温度显著提升；制备了基于2 nm薄膜的光波导器件，实现了可逆的光学切换，并且相比于先前报导的3 nm器件，其切换状态更稳定。此项研究将跨尺度模拟与实验相结合，为二维厚度极限下的非易失光学器件提供了一种从原子尺度出发的优化思路。

该项工作的第一作者张晗意和邢雪琦，通讯作者包括西安交通大学张伟教授、王疆靖教授、周文教授与罗马第一大学Riccardo Mazzarello副教授。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202513157