找回密码
 立即注册

QQ登录

只需一步,快速开始

查看: 1141|回复: 0

[材料资讯] 刘开辉课题组首次实现分米级二维单晶六方氮化硼的制备

[复制链接]

60

主题

75

帖子

133

积分

注册会员

Rank: 2

积分
133
发表于 2019-5-23 16:41:46 | 显示全部楼层 |阅读模式

2019年5月22日,北京大学物理学院刘开辉研究员、俞大鹏院士、王恩哥院士与合作者在《自然》杂志在线发表题为“Epitaxial growth of a 100-square-centimetre single-crystalhexagonal boron nitride monolayer on copper”的研究论文,在国际上首次报道利用中心反演对称性破缺的单晶铜衬底实现分米级二维单晶六方氮化硼的外延制备。该生长机制具有普适性,可推广到其它二维材料大面积单晶的制备。

材料是推动现代高科技产业发展的基础。基于硅基材料的各种先进器件引领了现代信息科技革命,对世界的政治、经济格局产生了重要影响。近年来,随着芯片尺寸的不断减小,短沟道效应、热效应等日趋明显,开发全新的量子材料体系以实现变革性的器件应用已成为当前科技的研究热点。二维材料作为一种重要的量子材料,兼具极限尺寸的物理厚度、完美的表界面、优异的物理性质,且体系丰富,包含导体(石墨烯)、半导体(过渡金属硫族化合物、黑磷等)和绝缘体(六方氮化硼),是潜在变革性技术应用所需要的核心基础材料。规模化的高端器件应用必须基于大面积、高品质的单晶材料,因此二维单晶材料的制备研究具有重要的科学意义和技术价值。

利用单晶衬底外延制备大面积、高质量二维单晶材料一直是纳米科技领域的热点研究问题,但其具体实现却面临着巨大的挑战。2017年,研究团队首次报道了米级单晶Cu(111)衬底的制备方法并在此基础上实现了米级单晶石墨烯的外延生长(Science Bulletin 2017, 62, 1074)。与石墨烯不同,六方氮化硼等其它绝大多数二维材料不具有中心反演对称性,其外延生长普遍存在孪晶晶界问题:即六方氮化硼晶畴在常规单晶衬底上存在两个夹角为180°的优势取向,在晶畴拼接时会形成晶界缺陷。

开发合适对称性的单晶衬底是解决这一科学难题的关键。刘开辉课题组与合作者探索出利用对称性破缺的衬底外延非中心反演对称二维单晶的方法。该方法通过课题组获得专利保护的退火工艺将工业多晶铜箔转化为仅有C1对称性的Cu(110)小角度倾斜晶面,该晶面上具有独特的Cu<211>台阶。利用六方氮化硼晶畴中硼型和氮型锯齿形边界与Cu<211>台阶耦合强度的差异打破正向与反向(180°转角)六方氮化硼晶畴的能量简并,从而实现取向单一的晶畴生长并无缝拼接为二维单晶薄膜。该方法可推广至其它二维材料的大面积单晶制备,为二维材料的规模化高端器件应用奠定材料基础。

二维单晶六方氮化硼

二维单晶六方氮化硼

二维单晶六方氮化硼的外延制备及其生长机理研究

王理、徐小志、张磊宁、乔瑞喜为论文共同第一作者,刘开辉、丁峰、王竹君、白雪冬为论文通讯作者。该研究成果得到了科技部、国家自然科学基金委、北京市科委相关项目,量子物质科学2011协同创新中心、人工微结构与介观物理国家重点实验室、北京大学电子显微镜实验室等的大力支持。

刘开辉博士的主要研究方向是:量子材料与低维物理。主要研究手段是:发展单个量子材料水平的透射电镜原位测量技术、超高灵敏度超快纳米光学技术,以研究单个量子材料的结构和物性的直接对应关系,从而揭露低维凝聚态物理中的新颖规律。目前刘博士把该技术成功应用到一维模型体系的碳纳米管、二维模型体系的原子层MoS2,取得了一系列具有影响的科研成果。刘博士在国际重要科学期刊上发表科研论文20余篇,其中包括第一作者的Nature Nanotechnology(2篇), Nature Physics, Nature Communications(2篇), PNAS, JACS, Nano Letters等。


  声明:本网部分文章和图片来源于网络,发布的文章仅用于材料专业知识和市场资讯的交流与分享,不用于任何商业目的。任何个人或组织若对文章版权或其内容的真实性、准确性存有疑义,请第一时间联系我们,我们将及时进行处理。

本帖被以下淘专辑推荐:

  • · nature|主题: 151, 订阅: 2
回复

使用道具 举报

小黑屋|手机版|Archiver|版权声明|一起进步网 ( 京ICP备14007691号-1

GMT+8, 2024-3-29 04:17 , Processed in 0.091055 second(s), 42 queries .

Powered by Discuz! X3.2

© 2001-2013 Comsenz Inc.

快速回复 返回顶部 返回列表