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我院徐小志课题组在《Nature Communications》发表重要研究成果

我院广东省高等学校物质结构与相互作用基础研究卓越中心、广东省量子调控工程与材料重点实验室徐小志教授与北京大学刘开辉教授合作,在低维单晶材料制造方面取得重要进展,实现了在绝缘衬底上单层单晶氮化硼、石墨烯材料的通用制备。该研究成果以“Stamped production of single-crystal hexagonal boron nitride monolayers on various insulating substrates”为题,于10月13日发表在《Nature Communications》上。论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-023-42270-x

高质量的单晶二维材料是实现其电子和光电器件高端应用的终极追求,理想情况下,需要单晶二维材料直接在绝缘衬底上制备,从而消除转移带来的影响。但是,由于缺少金属催化作用,单晶石墨烯与氮化硼在绝缘衬底上的制造一直以来是一个巨大的挑战。目前,对于典型的二维绝缘体材料—六方氮化硼,尚未实现其在绝缘衬底上的单晶制备。

在这项工作中,研究组报道了一种原子尺度的类印章制造技术,在各种绝缘衬底上实现了单晶单层氮化硼、石墨烯的通用制备。其原理是利用铜箔在预熔融的临界温度下能紧贴绝缘衬底,并将铜箔下表面的单晶氮化硼薄膜挤压到绝缘衬底上。实验结果表明,在该温度下,氮化硼和衬底之间的距离可以被压缩到原子量级(~0.3 nm)。理论计算显示,当氮化硼与衬底之间的距离被挤压到该尺度时,会产生非常强的相互吸引力,从而确保氮化硼薄膜在去除铜后完好无损。该方法也适用于在各种基底上生长单晶石墨烯。这项研究工作将有可能促进直接在绝缘衬底上制造基于二维材料的全单晶器件及其应用。

我校博士生曾凡凯、硕士生王然(已毕业)、青年英才特聘研究员魏文娅、北京大学博士生冯佐为论文共同第一作者,我校徐小志教授、北京大学刘开辉教授为共同通讯作者,澳尼斯人娱乐官方网站为第一单位。徐小志教授是我校2019年引进青年拔尖人才,主要从事低维材料与表面物理研究。以通讯作者/第一作者发表文章包括Nature(2篇)、 Nature Nanotechnology(2篇)、 Nature Chemistry、Nature Communications(2篇)、Advanced Materials、Nano Letters等。该研究得到了国家重点研发计划课题、国家优秀青年科学基金、广东省杰出青年基金、广东省重点领域研发计划、物理学一流学科建设经费等的支持。

图一:在二氧化硅衬底上利用类印章技术生长单向排列的氮化硼.png

图一:在二氧化硅衬底上利用类印章技术生长单向排列的氮化硼