AMI: 近表层硼对Ni(111)表面六方氮化硼外延生长的调控

二维原子晶体是具有原子级厚度的超薄材料,包括石墨烯(graphene)、六方氮化硼(h-BN)、硫化钼(MoS2)、硫化钨(WS2)等。与体相材料相比这些结构具有许多特殊的物理化学性质,并广泛应用于微电子器件、光学器件、化学传感器、催化反应等领域。然而这些性能和应用实现的前提是材料的可控、精准和规模制备。因此,两维原子晶体制备过程中所涉及的调控方法、生长机理等问题显得尤为重要。

在二维原子晶体的制备研究中,化学气相沉积(CVD)是目前最为行之有效的方法。CVD过程通常是在高温和高压下进行的,生长前驱体中的原子不可避免的会扩散到衬底表面以下。已有的研究表明C、O、B、H等元素在许多金属表面上处在近表层区域较表面上和体相更稳定,因此CVD过程中金属衬底表面的近表层物种应该是普遍存在。近表层物种对表面二维原子晶体的生长影响显著,但是缺乏深入的理解。

中科院大连化学物理研究所包信和院士和傅强研究员团队,以“近表层B对Ni(111)表面六方氮化硼(h-BN)外延生长的调控”为示例,借助于低能电子显微镜(LEEM)和光发射电子显微镜(PEEM)的原位动态表征,系统研究了近表层物种在二维原子晶体生长过程中的影响和作用。发现在干净的Ni(111)表面仅形成外延h-BN结构;而近表层B被引入到Ni(111)表面后,它弱化了所形成的h-BN与Ni(111)之间的相互作用,导致非外延h-BN结构的形成。同时还观察到非外延h-BN在高温退火时转变为外延h-BN结构,证明Ni(111)表面外延h-BN在热力学上更稳定。该研究还提出氨化驱动近表层B物种的表面偏析生长h-BN的新方法。这一研究为调控二维原子晶体的外延特性提供了新途径。

相关论文发表在Advanced Materials Interfaces (DOI: 10.1002/admi.201801906)上,第一作者为魏伟博士。