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来自华沙大学的物理学家团队成功地克服了工业界和世界各国科学家所面临的技术难题,即制造材料的尺寸非常有限、异质性和光谱线变宽,首次生长了具有优异光学性能的过渡金属二卤化单分子膜。没有这些缺陷的单层是通过分子束外延法在原子平面氮化硼基质上生长出来的。
具有蜂窝状结构的二维晶体,包括著名的石墨烯在内,已经给纳米科学带来了革命性的变化,并有可能改变普通技术。因此,开发出工业化规模的生产方法是非常值得期待的。
然而,尽管在原子厚晶体的生长技术开发上投入了大量的资金,但目前获得质量最好的单层仍然是采用剥离法,即单个原子层与块状晶体的机械性分离。例如,从块状石墨中剥离出来的石墨烯薄片与生长的石墨烯相比,表现出优越的电性能。相比之下,机械剥离的单层石墨烯片的尺寸相当小。
同样的,二维过渡金属二重碳化物(如二硒化钼)的光学特性也只有在经过剥落和进一步的机械处理(如将其置于氮化硼层之间)后,才会完全显示出二维过渡金属二重碳化物的光学特性。然而,如前所述,这种技术并不能在更大的范围内获得更薄的原子晶体,导致异质性、尺寸有限,甚至出现波纹、气泡和不规则的边缘。
因此,开发一种二维过渡金属二重晶的生长技术至关重要,这种技术可以生产出具有大表面积的单层晶体。目前,生产薄半导体晶体的最先进技术之一是分子束外延(MBE)。它可以在大晶圆上提供低维结构,具有高均匀性,但迄今为止,它在生产过渡金属二重晶硅片方面的效果非常有限。特别是,迄今为止,MBE生长的单晶片的光学特性相当有限,例如,光谱线宽而弱,显示出在更大范围内利用过渡金属二重晶的光学特性的前景不大。
华沙大学物理系的研究人员正是在这一领域取得了突破性进展。他们与欧洲和日本的几个实验室合作,在原子平面氮化硼基体上进行了一系列关于过渡金属二重氮化物单层生长的研究。通过这种方式,他们利用MBE方法,获得了与基体大小相等的扁平晶体,在整个表面上显示出均匀的参数,包括最重要的优异的光学性能。
这项工作的成果发表在最新一期的《纳米通讯》(NanoLetters)上。这一发现指导了未来原子厚材料的工业化生产研究。特别是,它表明了开发更大的原子平面氮化硼晶圆的必要性。在这种晶圆上,将有可能生长出具有光电应用所需的光学质量、尺寸和均匀性的单层。
论文标题为《NarrowExcitonicLinesandLarge-ScaleHomogeneityofTransition-MetalDichalcogenideMonolayersGrownbyMolecularBeamEpitaxyonHexagonalBoronNitride》。