超薄导电材料在透明显示、柔性电子皮肤、可穿戴光伏器件等方面具有广泛的应用前景，是应用材料领域争相角逐的竞技场和前沿领域。现代微电子器件不仅要求这些超薄材料具有优异的导电性和透光性，还要求它们能够集成更为丰富的物理特性，例如磁性、热电性、延展性和抗腐蚀性等，为设计下一代移动智能多功能器件提供备选材料。过渡金属氮化铬（CrN）就是集这些优良物性于一身的理想材料之一。
在室温下，CrN块材呈现金属性，其载流子浓度约为10^20 cm^-3，迁移率约为100 cm^2·V^-1·s^-1。当温度低于10摄氏度时，CrN的晶体结构从立方相转变为斜方相，其磁基态也将从顺磁性转变为反铁磁性，同时伴随着电阻率突变。
最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心的郭尔佳特聘研究员指导博士研究生金桥，与金奎娟研究员、谷林研究员、朱涛研究员以及南方科技大学的王善民助理教授和中国科学院宁波材料技术与工程研究所的杨洪新研究员组成研究团队，利用活性氮原子源辅助的脉冲激光沉积技术成功制备了准确化学配比的高结晶质量的CrN薄膜。
单原胞层厚度的CrN的高分辨扫描透射电镜图和单晶X射线衍射结果均表明制备的CrN薄膜具有极高的结晶质量。X射线吸收谱也证实了CrN中的Cr离子保持+3价，没有探测到氮空位，具有准确化学计量比。研究团队利用磁交换偏置和极化中子反射技术测量了Ta/Co/CrN多层膜，证实了CrN薄膜保持其反铁磁特性。
进一步的研究结果表明，与过渡金属氧化物薄膜普遍在5至6原胞层出现电子态转变不同，CrN超薄膜在厚度小于30原胞层时才会发生金属—绝缘体相变，同时伴随着CrN晶胞体积增加、原子密度和载流子浓度急剧下降。值得指出的是，研究团队发现单原胞层厚度的CrN薄膜仍然呈现出电阻率为1Ω·cm的良好导电性。
该导电薄膜的厚度远远低于绝大多数过渡金属氧化物薄膜的临界厚度，为该材料在制备透明导电电极方面的应用奠定了基础。
本研究结果不仅提供了高质量氮化物单晶薄膜的制备方法，而且观测到氮化物的电子态随厚度和应力改变的变化趋势，同时首次获得了不受衬底应力影响的自支撑氮化物薄膜，为具有相似结构和物性的过渡金属氮化物薄膜的精细能带结构预测、宏观物理特性调控和多功能器件设计提供了重要理论依据和实验参考。
相关内容以“Strain-mediated high conductivity in ultrathin antiferromagnetic metallic nitrides”为题发表在Advanced Materials（DOI:10.1002/adma.202005920）上。