探寻单层氮化硼

科学家们已经可以通过普通的光学显微镜来观测单原子层的氮化硼薄膜了。

作者:孙凌

尽管与石墨烯结构相似,氮化硼薄膜所引起的关注却远远小于石墨烯。一方面适合制备氮化硼薄膜所需的六方氮化硼晶体尚有缺乏;另一方面,现有的技术在分离和制备百微米尺寸的单层氮化硼上仍存在一定的困难。近两年,随着六方氮化硼单晶和薄膜制备技术的提高,氮化硼薄膜在微电子领域里的应用引起了越来越多的关注。例如,人们发现利用绝缘的氮化硼薄膜分隔石墨烯,可以制备超薄的氮化硼-石墨烯电子器件,从而带来很多有趣的物理现象。

显微技术在单层氮化硼薄膜的研究与应用中至关重要。虽然扫描探针(scanning probe microscopy)和透射电子(transmission electron microscopy)显微技术可以再现氮化硼薄膜的微观形貌,但是两者均需要将探针或者电子束预先定位到单层氮化硼的周围。这种预定位在实际操作中难度较大,往往非常随机。如果可以利用常规的光学显微技术,搜索和观测氮化硼薄膜的效率将被大大的提高。遗憾的是,氮化硼薄膜的透明度相当得高,甚至高于石墨烯薄膜。由于单原子层氮化硼薄膜在可见光范围内没有吸收,用光学显微镜寻找单原子层氮化硼薄膜几乎成为无法实现的任务。

这个技术难题被来自英国曼彻斯特大学(University of Manchester)的Geim和Novoselov教授(今年的诺贝尔物理奖得主)带领的课题组率先攻克了。通过探测硅片上光程的改变,研究人员成功地利用光学显微镜观测到单原子层的氮化硼薄膜。此外,他们还利用拉曼光谱技术来进一步证明单层和双层氮化硼薄膜的存在,并测量不同氮化硼薄膜中的原子层数。该小组的研究人员相信,他们所提供的观测手段,可以进一步唤起人们研究这种二维绝缘体的兴趣。

R. Gorbachev et al., SmallDOI: 10.1002/smll.201001628