Nature Communication：范德华晶体光学各向异性研究取得重要进展

发布日期：2019-12-09

引言

    范德华晶体，包括石墨烯、氮化硼、过渡金属硫族化合物等广受关注的新型二维材料等，具有优良的力学、电学、光学性质，是构筑功能可控范德华异质结的基本单元，也是组成下一代高性能光电器件的基础材料。

    范德华晶体具有层状结构，在层内由较强的共价键相互作用结合，在层间由较弱的范德华力结合。这一层状结构决定了范德华晶体的各种物理性质具有天然的各向异性，其中，光学各向异性对于新型光电器件的设计和优化关重要，必须得到准确的表征。然而，受限于高质量范德华单晶的尺寸，传统的基于远场光束反射的光学各向异性表征方法，如端面反射法、椭偏法等，均不能准确表征范德华微晶体的光学各向异性。

成果介绍 

    日前，中国科学院国家纳米科学中心纳米表征实验室戴庆（Quantum Design中国子公司用户）研究团队利用德国neaspec近场光学技术克服了上述范德华晶体有限尺寸导致的困难，成功测量了氮化硼及二硫化钼的介电常数张量。

图1 实验装置和近场成像原理示意图

    该团队首先理论论证了在各向异性范德华纳米片中存在寻常及非寻常波导模式，这两种模式的面内波矢分别与范德华晶体的面内及面外介电常数相关；之后，他们使用neaSNOM散射型扫描近场光学显微镜，在范德华纳米片中激发寻常及非寻常波导模式，并对这些波导模式进行实空间近场光学成像；后，他们通过nanoFTIR纳米傅里叶红外模块对实空间近场光学图像的傅里叶分析，求得所测范德华晶体的光学各向异性。

图2 不同厚度MoS2样品的近场光学像及傅里叶分析

结论 

    这一方法克服了传统表征手段对样品大小的限制，能够对单轴及双轴范德华晶体材料的光学各向异性进行精准的表征；通过对基底材料的优化设计，这一方法有望用于少层甚单层范德华晶体光学各向异性的直接表征。该研究结果在线发表于Nature Communications，表征方法已申请发明。相关研究工作得到国家自然科学基金、青年千人计划等项目的资助。

参考文献：Probing optical anisotropy of nanometer-thin van der waals microcrystals by near-field imaging (Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01580-7)

文章来源：中国科学院国家纳米中心官网