像做“三明治”一样制备二维氮化镓

材料牛注：科研人员利用制作“三明治”的方法成功制备出了二维氮化镓材料，让我们看看他们是怎么实现的吧！

宾夕法尼亚州立大学的材料科学家表示，他们发现了一种制备二维材料的新方法，这种制备方法将赋予材料（特别是氮化物材料）很多新特性。科学家们已经使用这种方法首次实现了二维氮化镓材料的生长。这种制备方法有希望在深紫外探测器、下一代电子器件和传感器方面得到应用。

宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程副教授Joshua Robinson说：“这种实验成果开创了一种研究二维材料的新方法，从没有人尝试过将研究重点放在制备二维氮化镓上。”

三维的氮化镓是一种宽带隙半导体，对于高频高能的应用非常重要。当其生长为二维状态时，氮化镓从宽带隙材料转化为了超宽带隙材料，其能谱覆盖了整个紫外光、可见光和红外光谱。对于光电转化器件有着深远影响。

Zak Al Balushi表示，这是一种合成二维材料的新方法。他是宾夕法尼亚州立大学材料科学教授Robinson与电子工程教授Joan Redwing联合培养的在读博士生，同时也是是这篇发表于Nature Materials文章的第一作者。

他补充道：“自然界中原本存在一些二维材料，但是为了进一步扩充材料种类，我们必须要合成一些自然界中原本不存在的材料。一般来说，新材料体系是高度不稳定的。但是我们的迁移增强封装生长（MEEG）的新方法，利用单层石墨烯协助生长，稳定了二维氮化镓的结构。”

石墨烯被生长在碳化硅基底上，这是一种广泛应用于LED，雷达和通信工业的基底。加热时，表面的硅分解，留下可以被构建成石墨烯的富碳层。这种产生石墨烯的方法能够使两种材料界面保持绝对光滑。

石墨烯是单层的碳原子，具有优异的导电性和强度。Robinson相信，石墨烯层的加入是二维的氮化镓得到改善的原因。

Robinson说：“石墨烯层是关键。如果你用传统的方式在碳化硅上生长这些材料，它们一般会发生团聚，而不会形成形貌较好的原子层。

当镓原子被加入石墨烯碳化硅界面时，他们会穿过石墨烯，形成三明治结构的中间层，而石墨烯留在最上层。当加入氮原子时，氮原子和镓原子发生反应转化为了氮化镓。

Redwing表示，MEEG的过程不仅产生了超薄的氮化镓层，而且改变了材料的晶体结构，使其在光电器件方面有了全新的应用。

原文链接：New sandwich process creates 2D gallium nitride

文献链接：Two-dimensional gallium nitride realized via graphene encapsulation

本文由编辑部杨浩提供素材，葛咏编译，时冰遥审核，点我加入材料人编辑部。