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科学家提出了一种在倾斜台阶面上外延生长菱面体氮化硼单晶的方法

发布于：2024-06-06 编辑：匿名来源：网络

中国科学院物理研究所常见的六方氮化硼（hBN）由于其化学稳定性、良好的导热性和无腐蚀性，具有原子级光滑的特性。

表面悬挂键等特性使其被认为是一种理想的宽禁带二维介电材料。

菱形相氮化硼（rBN）可以保持六方氮化硼的许多优良性能，并且具有非中心对称的ABC堆垛结构，因此具有本征的滑移铁电性和非线性光学性质。

rBN是一种具有巨大应用潜力的功能材料，可以为变革性技术应用（如存储和计算集成器件、深紫外光源等）提供新材料和解决方案。

然而，与常见的六方氮化硼晶体相比，rBN晶体属于亚稳态相，因此制备多层rBN单晶具有挑战性。

制备的难点在于，快速生长的第一层六方氮化硼薄膜对基底催化有屏蔽作用，阻碍了后续层的继续生长。

同时，界面之间B和N原子的范德华相互作用导致含有AA'A堆叠的hBN晶体成核。

科学家提出了一种在倾斜台阶面上外延生长菱面体氮化硼单晶的方法

在此过程中存在能源优势。

因此，人工制造大尺寸rBN晶体是一个尚未解决的问题。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心研究员白学东团队与北京大学研究人员合作，在氮化硼单晶制备方面取得进展。

相关研究成果于《自然》在线发表，并申请了国际PCT专利和中国发明专利。

2017年，团队开发了利用表面对称破缺衬底外延延伸非中心对称二维单晶的方法，实现了大面积单层六方氮化硼单晶薄膜的制备。

近期，该团队进一步提出了一种基于面内、面外协同调控表面对称性破缺衬底的创新机制，即通过在衬底上构建由()晶面和()晶面组成的倾斜高台阶。

单晶金属镍的表面，在化学气相沉积的成核阶段逐层匹配并锁定rBN晶格的面内晶格取向和面外滑移矢量，从而诱导共取向rBN的形成大面积的晶域。

扫描透射电镜观察表明，取向一致的rBN晶域逐层无缝拼接，形成ABC原子堆叠精确的晶体结构，制备出面积高达4×4平方的rBN单晶厘米。

该研究通过理论计算发现，rBN的非中心对称堆叠会导致其层间电极化矢量向面外方向累积，表现出铁电性。

该研究利用压电力扫描探针测量并验证了rBN具有高居里温度铁电性，并实现了铁电畴区域的重复擦除和写入操作。

透射电子显微镜的原位观察结果进一步证实rBN的极化翻转源于层间滑移。

该工作提出了一种制备具有倾斜台阶面的多层菱形氮化硼单晶的新方法，创新了表面外延生长模式，通过在三维空间中精确排列原子来人工制造新的晶体，并赋予了先前的氮化硼绝缘介质具有铁电存储器功能为制造集成存储器和计算设备提供了新的材料策略。

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