Исследователи из Пхоханского университета науки и технологий (POSTECH) и Университета Монпелье совершили значительный прорыв в области двумерных материалов. Им удалось синтезировать гексагональный нитрид бора (hBN) с конфигурацией укладки AA, которая ранее считалась недостижимой из-за фундаментальных ограничений электростатического отталкивания между слоями.
Научная группа под руководством профессоров Чон Кю Кима и Си-Ён Чоя из POSTECH, а также профессора Гийома Кассабуа из Университета Монпелье, разработала инновационный метод синтеза hBN с помощью металлоорганического химического осаждения из паровой фазы (MOCVD) на подложке из нитрида галлия (GaN). Ведущим автором исследования, результаты которого опубликованы в престижном журнале Nature Materials, стал Сокхо Мун, постдокторский исследователь из лаборатории профессора Чон Кю Кима.
Традиционно hBN формируется в конфигурации AA', где атомы бора и азота чередуются вертикально между слоями. Конфигурация AA, при которой идентичные атомы выстраиваются вертикально друг над другом, ранее считалась нестабильной из-за межслойного электростатического отталкивания. Однако исследователям удалось преодолеть это ограничение благодаря двум ключевым механизмам.
Первый механизм — рост, направляемый краями ступеней. Исследователи использовали вицинальные подложки GaN, на поверхности которых имеются атомные ступени. Края этих ступеней служат центрами нуклеации для роста hBN, что способствует формированию необычной конфигурации укладки. Второй механизм — внедрение заряда. В процессе MOCVD происходит включение атомов углерода в структуру hBN, что вводит избыточные носители заряда и стабилизирует конфигурацию AA.
Полученный материал демонстрирует усиленную генерацию второй гармоники (SHG), что указывает на нецентросимметричную кристаллическую структуру. Кроме того, он обладает четкой полосой краевого излучения в глубоком ультрафиолетовом (DUV) диапазоне, что открывает новые возможности для оптоэлектронных приложений.
«Наше исследование опровергает предыдущие представления о фундаментальных ограничениях укладки в hBN и демонстрирует, что конфигурации укладки можно контролировать через характеристики подложки и включение заряда,» — отмечают исследователи.
Потенциальные применения этого материала весьма разнообразны. Он может найти применение в квантовой фотонике, глубокой ультрафиолетовой оптоэлектронике, устройствах следующего поколения, нелинейной оптике и двумерных электронных и фотонных системах.
Это достижение представляет собой важную веху для масштабируемых высокопроизводительных двумерных систем. Оно также устанавливает MOCVD как платформу для точно сконструированных ван-дер-ваальсовых материалов, открывая новые горизонты в области материаловедения и нанотехнологий.
Синтез hBN с конфигурацией AA в масштабе пластины демонстрирует, что даже устоявшиеся представления о фундаментальных ограничениях в материаловедении могут быть пересмотрены с применением инновационных подходов и тщательного контроля условий синтеза.
Изображение носит иллюстративный характер
Научная группа под руководством профессоров Чон Кю Кима и Си-Ён Чоя из POSTECH, а также профессора Гийома Кассабуа из Университета Монпелье, разработала инновационный метод синтеза hBN с помощью металлоорганического химического осаждения из паровой фазы (MOCVD) на подложке из нитрида галлия (GaN). Ведущим автором исследования, результаты которого опубликованы в престижном журнале Nature Materials, стал Сокхо Мун, постдокторский исследователь из лаборатории профессора Чон Кю Кима.
Традиционно hBN формируется в конфигурации AA', где атомы бора и азота чередуются вертикально между слоями. Конфигурация AA, при которой идентичные атомы выстраиваются вертикально друг над другом, ранее считалась нестабильной из-за межслойного электростатического отталкивания. Однако исследователям удалось преодолеть это ограничение благодаря двум ключевым механизмам.
Первый механизм — рост, направляемый краями ступеней. Исследователи использовали вицинальные подложки GaN, на поверхности которых имеются атомные ступени. Края этих ступеней служат центрами нуклеации для роста hBN, что способствует формированию необычной конфигурации укладки. Второй механизм — внедрение заряда. В процессе MOCVD происходит включение атомов углерода в структуру hBN, что вводит избыточные носители заряда и стабилизирует конфигурацию AA.
Полученный материал демонстрирует усиленную генерацию второй гармоники (SHG), что указывает на нецентросимметричную кристаллическую структуру. Кроме того, он обладает четкой полосой краевого излучения в глубоком ультрафиолетовом (DUV) диапазоне, что открывает новые возможности для оптоэлектронных приложений.
«Наше исследование опровергает предыдущие представления о фундаментальных ограничениях укладки в hBN и демонстрирует, что конфигурации укладки можно контролировать через характеристики подложки и включение заряда,» — отмечают исследователи.
Потенциальные применения этого материала весьма разнообразны. Он может найти применение в квантовой фотонике, глубокой ультрафиолетовой оптоэлектронике, устройствах следующего поколения, нелинейной оптике и двумерных электронных и фотонных системах.
Это достижение представляет собой важную веху для масштабируемых высокопроизводительных двумерных систем. Оно также устанавливает MOCVD как платформу для точно сконструированных ван-дер-ваальсовых материалов, открывая новые горизонты в области материаловедения и нанотехнологий.
Синтез hBN с конфигурацией AA в масштабе пластины демонстрирует, что даже устоявшиеся представления о фундаментальных ограничениях в материаловедении могут быть пересмотрены с применением инновационных подходов и тщательного контроля условий синтеза.
