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上海交通大学、华东师范大学、浙江大学、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、上海科技大学、中南大学--熔融辅助组装具有清洁界面的扭曲石墨烯/六方氮化硼超晶格
�� 研究背景
二维材料(如石墨烯和氮化硼)的层间堆叠角度会显著影响其电学、光学性质。但传统制备方法存在界面污染、角度控制难、难以大规模制备等问题。
�� 核心创新:准熔融转移技术
研究团队开发了一种真空环境下的准熔融转移法,成功制备出大面积、无褶皱、界面清洁且角度可控的石墨烯/氮化硼超晶格:
· 步骤1:在锗(Ge)衬底上分别外延生长石墨烯(Ge(110))和氮化硼(Ge(210))单晶。
· 步骤2:将覆盖二维材料的锗衬底倒扣在二氧化硅基板上,加热至近熔融状态(约1200K),使材料与衬底分离并转移。
· 步骤3:通过宏观边缘对齐控制堆叠角度,实现15°、30°、45°等精确扭曲角度。
 
�� 关键技术突破
1. 清洁界面
TEM和AFM表征显示,转移后的界面无气泡、褶皱和污染物,表面粗糙度仅约0.2纳米。
2. 角度精准可控
通过衬底切割方向调控,实现了多层堆叠(如三层/四层超晶格)且每层角度可调(0°/15°/30°/45°)。
3. 理论机制验证
第一性计算表明,熔融态锗衬底的Ge-Ge键断裂,削弱了与二维材料的相互作用,从而实现无损转移。
 
�� 应用潜力
· 电子器件:纳米角分辨光电子能谱(ARPES)证实扭曲角度可调控能带结构,为新型电子器件设计提供基础。
· 光学器件:二次谐波发射(SHG)实验显示AB堆叠氮化硼具有强非线性光学响应,可用于光子学器件。
· 扩展性:该方法适用于碳化硅、氧化铝等衬底,并可推广至其他二维材料(如二硫化钼)。
 
�� 总结
该技术通过熔融辅助转移解决了二维材料堆叠中的界面污染和角度控制难题,为大规模制备高质量扭曲超晶格提供了新路径,有望推动“扭曲电子学”(twistronics)和下一代光电器件的发展。https://doi.org/10.1038/s44160-026-01000-z
 
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