近表層硼對Ni(111)表面六方氮化硼外延生長的調(diào)控

二維原子晶體是具有原子級(jí)厚度的超薄材料，包括石墨烯(graphene)、六方氮化硼(h-BN)、硫化鉬(MoS2)、硫化鎢(WS2)等。與體相材料相比這些結(jié)構(gòu)具有許多特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，并廣泛應(yīng)用于微電子器件、光學(xué)器件、化學(xué)傳感器、催化反應(yīng)等領(lǐng)域。然而這些性能和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的前提是材料的可控、精準(zhǔn)和規(guī)模制備。

因此，兩維原子晶體制備過程中所涉及的調(diào)控方法、生長機(jī)理等問題顯得尤為重要。 在二維原子晶體的制備研究中，化學(xué)氣相沉積（CVD）是目前最為行之有效的方法。CVD過程通常是在高溫和高壓下進(jìn)行的，生長前驅(qū)體中的原子不可避免的會(huì)擴(kuò)散到襯底表面以下。已有的研究表明C、O、B、H等元素在許多金屬表面上處在近表層區(qū)域較表面上和體相更穩(wěn)定，因此CVD過程中金屬襯底表面的近表層物種應(yīng)該是普遍存在。

近表層物種對表面二維原子晶體的生長影響顯著，但是缺乏深入的理解。 中科院大連化學(xué)物理研究所包信和院士和傅強(qiáng)研究員團(tuán)隊(duì)，以“近表層B對Ni(111)表面六方氮化硼(h-BN)外延生長的調(diào)控”為示例，借助于低能電子顯微鏡（LEEM）和光發(fā)射電子顯微鏡（PEEM）的原位動(dòng)態(tài)表征，系統(tǒng)研究了近表層物種在二維原子晶體生長過程中的影響和作用。發(fā)現(xiàn)在干凈的Ni(111)表面僅形成外延h-BN結(jié)構(gòu)；而近表層B被引入到Ni(111)表面后，它弱化了所形成的h-BN與Ni(111)之間的相互作用，導(dǎo)致非外延h-BN結(jié)構(gòu)的形成。

同時(shí)還觀察到非外延h-BN在高溫退火時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橥庋觝-BN結(jié)構(gòu)，證明Ni(111)表面外延h-BN在熱力學(xué)上更穩(wěn)定。該研究還提出氨化驅(qū)動(dòng)近表層B物種的表面偏析生長h-BN的新方法。這一研究為調(diào)控二維原子晶體的外延特性提供了新途徑。

相關(guān)論文發(fā)表在Advanced Materials Interfaces (DOI: 10.1002/admi.201801906)上，第一作者為魏偉博士。