高壓高溫制備高質(zhì)量六方氮化硼單晶 | 進(jìn)展

高質(zhì)量六方氮化硼（hBN）單晶因具有優(yōu)異的物理化學(xué)特性 ，包括原子級(jí)平坦表面、寬帶隙（~ 5.9 eV）、高絕緣、高面內(nèi)熱導(dǎo)率以及化學(xué)惰性等，被作為襯底和封裝材料廣泛應(yīng)用于二維量子材料體系的構(gòu)筑，是低維材料和物理領(lǐng)域研究新奇物理效應(yīng)和研制高性能電子器件的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。此外，hBN在中子探測(cè)器、高效率紫外光源、超低損耗等離激元載體、高效單光子光源、滑移鐵電材料和憶阻器等多個(gè)領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣泛應(yīng)用的潛力。目前，國(guó)內(nèi)外二維量子材料研究團(tuán)隊(duì)使用的高質(zhì)量純凈hBN單晶主要來(lái)自日本國(guó)立材料研究所（NIMS）的Kenji Watanabe和Takashi Taniguchi教授團(tuán)隊(duì)，他們采用Ba-BN溶劑體系在高溫高壓條件下制備高質(zhì)量的hBN單晶。然而，由于Ba基系統(tǒng)吸水性強(qiáng)，暴露在空氣中容易發(fā)生快速氧化，且所用的氮化鋇（Ba 2N 3）前驅(qū)體價(jià)格相對(duì)較高，因此開(kāi)發(fā)新的性質(zhì)穩(wěn)定且成本較低的溶劑體系來(lái)制備高質(zhì)量hBN單晶具有重要意義。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心的程金光研究員團(tuán)隊(duì)和東南大學(xué)的萬(wàn)能副研究員團(tuán)隊(duì)等組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，利用物理所先進(jìn)的大腔體多砧高壓高溫合成設(shè)備，經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)摸索，近期在高質(zhì)量hBN單晶制備方面取得重要進(jìn)展。他們開(kāi)發(fā)了一種新型的低成本Sr基溶劑Sr3B2N4（其成本約為Ba基溶劑的1/20），在4.5GPa和1500℃的高壓高溫條件下成功制備出了hBN單晶，并系統(tǒng)研究了前驅(qū)體中的氧含量對(duì)高質(zhì)量hBN單晶產(chǎn)率的影響。通過(guò)X射線衍射、拉曼光譜、陰極發(fā)光和X射線光電子能譜等一系列的表征，表明該團(tuán)隊(duì)制備的hBN單晶質(zhì)量已達(dá)到與NIMS團(tuán)隊(duì)相當(dāng)?shù)乃健?/strong>