晶體光學各向異性研究獲進展

近日， 國家納米科學中心戴慶團隊和美國石溪大學教授劉夢昆等合作， 利用近場光學技術克服了范德華晶體有限尺寸導致的表徵困難， 成功測量了氮化硼及二硫化鉬的介電張量， 發展了新的晶體光學各向異性表徵方法。

石墨烯、氮化硼、過渡金屬硫族化合物等新型二維材料都屬於范德華晶體， 各自具有優良的力學、電學、光學性質， 是構築功能可控范德華異質結的基本單元， 也是組成下一代高性能光電器件的基礎材料。 范德華晶體具有層狀結構， 在層內由較強的共價鍵相互作用結合，

在層間由較弱的范德華力結合。 這一層狀結構決定了范德華晶體的各種物理性質具有天然的各向異性， 其中光學各向異性對於新型光電器件的設計和優化至關重要。 受制于目前製備高品質范德華單晶尺寸問題， 傳統的基於遠場光束反射的光學各向異性表徵方法（如端面反射法、橢偏法）均難以準確測量范德華微晶體的光學各向異性。

戴慶團隊首先通過理論論證了在各向異性范德華納米片中存在尋常（TE）及非尋常波導（TM）模式， 且這兩種模式的面內波矢分別與范德華晶體的面內及面外介電常數相關；隨後， 利用散射型掃描近場光學顯微鏡（s-SNOM）在范德華納米片中激發TE、TM 波導模式， 並對其進行實空間近場光學成像；最後，

通過對實空間近場光學圖像的傅裡葉分析， 求得所測范德華晶體的光學各向異性。 以上方法克服了傳統表徵手段對樣品尺寸的限制， 能夠對單軸及雙軸范德華晶體材料的光學各向異性進行精准地表徵。 通過對基底材料的優化設計， 該方法同樣適用於少層甚至單層范德華晶體光學各向異性的直接表徵。

相關研究成果線上發表于《自然-通訊》， 其表徵方法已申請發明專利。 該研究得到了國家自然科學基金、科技部重點研發計畫等專案的資助。

國家納米中心等在晶體光學各向異性研究中獲進展