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北大研究人員實現分米級單晶單層六方氮化硼的制備
2019年05月24日 發布 分類:技術前沿 點擊量:239
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5月22日,《自然》雜志發布的一篇論文稱,來自北京大學的科學家與合作者利用中心反演對稱性破缺襯底首次成功實現分米級二維六方氮化硼單晶的外延制備。這是繼米級石墨烯單晶成功制備之后,二維材料單晶生長領域又一重大進展。

單晶六方氮化硼的外延生長與表征

二維材料的興起為電子,光電子和光伏領域的潛在應用開辟了巨大的可能性,因為它們具有更小尺寸,更高速度和更新的功能。而大面積、高質量的基礎二維單晶材料(二維導體石墨烯,二維半導體過渡金屬硫族化合物、黑磷等以及二維絕緣體六方氮化硼)制備,是二維器件規模化應用的核心。其中,六方氮化硼(hBN)具有優異的穩定性,表面平整無懸鍵,是已知最好的二維絕緣體。

然而,單晶二維六方氮化硼的尺寸一直是納米材料領域一個巨大的挑戰,主要因為三重對稱的六方氮化硼晶格在常規金屬襯底表面外延生長會出現反向晶疇,從而導致大量缺陷晶界產生。北京大學劉開輝課題組與合作者經過多年研究發現,在通過特殊的退火工藝可以使工業銅箔轉化為與(110)晶面存在一定傾角的“鄰晶面”,并在該晶面上實現10×250px2單晶六方氮化硼單層薄膜的外延生長。各種表征手段與理論計算的結果表明外延生長的關鍵是Cu<211>臺階與六方氮化硼晶格氮截止鋸齒邊的耦合作用。該耦合作用可以打破反向晶疇取向優勢,從而使所有晶疇取向以這個并且無縫拼接為整片單晶。

此前,對于絕大多數由兩種元素構成的二維材料,一直難以實現規模化的單晶制備。本論文的研究成功將對其它二維材料的制備提供借鑒意義。王理、徐小志、張磊寧、喬瑞喜為論文共同第一作者,劉開輝、丁峰、王竹君、白雪冬為論文通訊作者。該論文其他合作者包括:王恩哥、俞大鵬、江穎、張翼、吳施偉、高鵬、王文龍、李群仰、伍輝、Marc Willinger等。

來源:知社學術圈


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