国家纳米中心发展新的晶体光学各向异性表征方法

本报讯近日，国家纳米科学中心戴庆团队和美国石溪大学教授刘梦昆等合作，利用近场光学技术克服了范德华晶体有限尺寸导致的表征困难，成功测量了氮化硼及二硫化钼的介电张量，发展了新的晶体光学各向异性表征方法。相关研究成果在线发表于《自然—通讯》，其表征方法已申请发明专利。该研究得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划等项目的资助。

石墨烯、氮化硼、过渡金属硫族化合物等新型二维材料都属于范德华晶体，各自具有优良的力学、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至关重要。受制于目前制备高质量范德华单晶尺寸问题，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）均难以准确测量范德华微晶体的光学各向异性。

戴庆团队首先通过理论论证了在各向异性范德华纳米片中存在寻常（TE）及非寻常波导（TM）模式，且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；随后，利用散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）在范德华纳米片中激发TE、TM波导模式，并对其进行实空间近场光学成像；最后，通过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。以上方法克服了传统表征手段对样品尺寸的限制，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地表征。通过对基底材料的优化设计，该方法同样适用于少层甚至单层范德华晶体光学各向异性的直接表征。（高雅丽）