面內二維異質結構能夠整合不同二維材料的優(yōu)點，拓展其在光學、電學器件領域內的應用，然而外延異質結構的可控制備和規(guī)模化生產，尤其是微觀構建機理仍有待進一步研究。包信和教授和崔義研究員以Ni(111)表面上的化學氣相沉積方法直接外延生長六方氮化硼/石墨烯面內異質結構為主線，借助表面原位動態(tài)成像技術，系統(tǒng)的研究了六方氮化硼作為成核模板在構建外延異質結構中的作用。研究發(fā)現(xiàn)，當六方氮化硼的生長順序先于石墨烯時，石墨烯傾向于沿著外延六方氮化硼邊界生長并形成外延石墨烯，進而拼接成單一取向的外延異質結構。當石墨烯先成核時，由于Ni(111)基底中的近表層碳物種削弱了石墨烯/Ni(111)界面相互作用，導致非外延石墨烯產生。以此為模板繼續(xù)生長六方氮化硼所構建的異質結構也是非外延的，將難以獲得高質量的二維異質結材料。此外，該研究還揭示了六方氮化硼在Ni(111)表面上的生長動力學遵循表面擴散控制機理（Diffusion-limited Aggregation, DLA）而不是邊界反應控制機理（Reaction-limited Aggregation）。這一研究加深了對面內二維異質結構的外延特性調控以及二維材料在金屬表面生長動力學的理解。此項研究結果以封面文章的形式發(fā)表在Nano Research期刊上(Dynamic observation of in-plane h-BN/graphene heterostructures growth on Ni(111). Nano Research (2020):1-6.) 

Nano-X簡介 

此項工作主要是在中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所的納米真空互聯(lián)實驗站(Nano-X)中完成的，Nano-X是目前世界上最大的集材料制備、分析測試、器件工藝于一體的真空互聯(lián)設施，目標是建設成為國際領先的大科學用戶裝置。該平臺具有完善的表界面分析工具，且通過超高真空管道互聯(lián)互通，可實現(xiàn)樣品免受外界污染的條件下傳遞到各個分析表征設備：極端條件(ULT-STM, 4P-STM) ；氣氛可控(NAP-STM, NAP-XPS, SNOM)；表界面譜學(XPS/UPS, TOF-SIMS)；表界面成像(XPS-mapping，SEM, PEEM，LEEM, STM, AFM, SNOM，SIMS-mapping)；光譜分析(Raman, PL)。平臺可滿足以下檢測分析要求：(1)多尺度（從宏觀到介觀微觀）下的材料表面形貌、成分的表征；(2)多維度（從二維到三維）下的元素分布及化學態(tài)的分析；(3)近常壓環(huán)境下的氣/固界面動力學探測；(4)極限條件下的器件性能的測試。