�� 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:
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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。
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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。
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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
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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。
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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。
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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