近日，中科院物理所/北京凝聚態物理國家研究中心研究員白雪冬團隊與北京大學的科研人員等合作，在大尺寸菱方氮化硼（rhombohedral boron nitride ，rBN ）晶體制備上取得突破，相關成果在Nature發表。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07286-3

斜面臺階外延生長多層菱方氮化硼單晶的原理和制備流程

取向一致的菱方氮化硼晶疇逐層無縫拼接形成均勻單晶薄膜

菱方氮化硼（rBN）相較于常見六方氮化硼（hBN）屬于亞穩相,同為六方晶系，其硼原子和氮原子以六角形排列，并在層與層之間存在著相對較弱的相互作用。不僅擁有hBN相似的低介電常數、強電絕緣性、良好的化學穩定性、高熱導率等特性，并具有非中心對稱的ABC堆垛結構，因而具備本征的滑移鐵電性和非線性光學性質。雖然極具應用潛力，但大尺寸rBN晶體制備尚未解決。

在此前的一系列研究基礎上，科研團隊近日提出基于表面對稱性破缺襯底面內、面外協同調控的創新機制，即通過在單晶金屬鎳表面構建由(100)晶面和(110)晶面組成斜面高臺階，在化學氣相沉積的形核階段匹配并逐層鎖定rBN晶格的面內晶格取向和面外滑移矢量，進而在大面積范圍內誘導形成同向rBN晶疇。掃描透射電子顯微鏡（STEM）觀測表明，取向一致的rBN晶疇通過逐層無縫拼接，形成具有精準ABC原子堆垛的晶體結構，成功制備出rBN單晶，面積可達4×4平方厘米。

該成果為單晶二維層的精確堆疊控制生長提供了有效的途徑，將以往的氮化硼絕緣介質賦予鐵電存儲功能，為制造存算一體器件提供新材料策略，并為基于堆疊二維材料的應用多功能器件奠定了基礎。

編譯整理 YUXI