问题：长期以来——氮化镓作为宽禁带半导体——已固态照明、功率与射频器件等领域建立了坚实的应用基础，但其电子器件生态仍存在结构性短板——p型掺杂与空穴输运能力不足。相比电子沟道较为成熟的调控体系，空穴迁移率偏低、散射更强、相干性更弱，导致价带结构难以通过量子输运手段被清晰解析，也限制了氮化镓向互补逻辑和低温电路深入延伸。尤其是在强磁场下用于解析能带与散射机制的量子振荡信号，过去在p型氮化镓中难以稳定获得，成为氮化镓从“单极器件优势”走向“互补电路体系”的关键瓶颈。 原因：上述困境的核心在于传统杂质掺杂带来的电离杂质散射增强与无序度上升。氮化镓中空穴有效质量较大、价带结构复杂，再叠加掺杂效率与激活等问题，使空穴输运更容易受到晶格缺陷、界面粗糙与杂质散射影响，迁移率难以提高，量子相干也更难维持。因此，研究团队转向“材料本征效应”的路线：在GaN/AlN界面利用自发极化与压电极化叠加形成的极化电荷，诱导产生高度局域的二维空穴气，减少对高浓度杂质掺杂的依赖，从源头降低无序度，为实现更高迁移率与观测量子输运创造条件。 影响：基于该异质结构，研究人员在低温下实现了提升的空穴迁移率，并在二维空穴气中清晰观测到舒布尼科夫–德哈斯振荡。更进一步的结果显示，空穴分别占据轻空穴带与重空穴带两个价带子带，且两类空穴迁移率差异明显：在约2K时，轻空穴迁移率可达约2000 cm²·V⁻¹·s⁻¹，重空穴约为400 cm²·V⁻¹·s⁻¹。借助两套可分辨的量子振荡特征，团队进一步提取了面密度、有效质量以及量子散射时间等关键参数，实现对氮化镓价带结构与空穴动力学的高精度实验表征。该结果表明界面质量与载流子相干性达到新的水平，也为后续“价带工程”提供了可量化、可迭代的实验依据。 从产业与技术演进看，该突破的影响主要体现在三上：一是为氮化镓低温电子学提供材料与物理基础。氮化镓具备宽禁带与热稳定等优势，若空穴输运能力同步提升，将更有条件极低温下实现更低功耗、更高速度的控制与读出电路，契合量子计算等方向对低温电子系统的需求。二是为氮化镓互补器件带来更可行的路径。互补逻辑需要电子与空穴两类高性能沟道，过去氮化镓体系主要依赖n型优势推进；如今高质量p型二维空穴气的出现，使低温氮化镓互补器件探索具备了材料基础与关键表征手段。三是推动极化工程从“辅助选项”走向“关键工具”。通过极化诱导电荷构建低无序二维载流子体系，意味着未来可在不明显牺牲迁移率的前提下实现更灵活的载流子调控，并可能催生新的器件结构与设计思路。 对策：面向后续研究与应用落地，业内可围绕“可控、可复制、可集成”三条主线推进。其一，继续提升外延与界面质量，系统梳理影响量子散射时间的主导机制，降低界面粗糙散射与缺陷散射，扩大高迁移率实现窗口并提升器件一致性。其二，建立面向器件的能带与应变协同设计体系。二维空穴气来自极化、电荷分布与应变状态的耦合，需要在结构厚度、应变管理、界面电荷调控各上形成可工程化的参数平台。其三，强化与工艺平台的兼容性验证。氮化镓产业链相对成熟，但将高迁移率空穴沟道引入互补器件，还需在栅介质、欧姆接触、热管理与低温可靠性等环节进行系统优化，推动从“物理可行”走向“工程可用”。 前景：随着二维空穴气体系逐步完善，氮化镓不仅有望在低温控制电子、射频与功率器件之外拓展新的应用空间，也可能为自旋–轨道相互作用、多体效应等基础研究提供新的实验平台。轻、重空穴子带的分离表征与可控占据，为进一步研究各向异性输运、能带混合及对应的量子效应创造了条件。更重要的是，这一进展表明宽禁带半导体的竞争焦点正在从“单一载流子优势”转向“电子—空穴协同与量子可控性”。如果未来能在更高温区仍保持较高空穴迁移率，并实现稳定的互补集成，氮化镓有望在新一代低功耗、高可靠电子系统中承担更关键的角色。
这项研究回应了氮化镓领域长期存在的p型与空穴输运难题，也凸显了极化工程在半导体器件设计中的价值。随着对材料本征特性的理解不断加深，氮化镓有望在信息技术、能源电子和量子科技等领域拓展更关键的应用场景。该突破也提示我们，持续的基础研究投入与面向问题的创新方法结合，往往是推动核心技术向前迈进的关键。