近日，國(guó)家納米科學(xué)中心戴慶團(tuán)隊(duì)和美國(guó)石溪大學(xué)教授劉夢(mèng)昆等合作，利用近場(chǎng)光學(xué)技術(shù)克服了范德華晶體有限尺寸導(dǎo)致的表征困難，成功測(cè)量了氮化硼及二硫化鉬的介電張量，發(fā)展了新的晶體光學(xué)各向異性表征方法。

 

石墨烯、氮化硼、過(guò)渡金屬硫族化合物等新型二維材料都屬于范德華晶體，各自具有優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)，是構(gòu)筑功能可控范德華異質(zhì)結(jié)的基本單元，也是組成下一代高性能光電器件的基礎(chǔ)材料。范德華晶體具有層狀結(jié)構(gòu)，在層內(nèi)由較強(qiáng)的共價(jià)鍵相互作用結(jié)合，在層間由較弱的范德華力結(jié)合。這一層狀結(jié)構(gòu)決定了范德華晶體的各種物理性質(zhì)具有天然的各向異性，其中光學(xué)各向異性對(duì)于新型光電器件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化至關(guān)重要。受制于目前制備高質(zhì)量范德華單晶尺寸問(wèn)題，傳統(tǒng)的基于遠(yuǎn)場(chǎng)光束反射的光學(xué)各向異性表征方法（如端面反射法、橢偏法）均難以準(zhǔn)確測(cè)量范德華微晶體的光學(xué)各向異性。 

 

戴慶團(tuán)隊(duì)首先通過(guò)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(dǎo)（TM）模式，且這兩種模式的面內(nèi)波矢分別與范德華晶體的面內(nèi)及面外介電常數(shù)相關(guān)；隨后，利用散射型掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（s-SNOM）在范德華納米片中激發(fā)TE、TM波導(dǎo)模式，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)空間近場(chǎng)光學(xué)成像；最后，通過(guò)對(duì)實(shí)空間近場(chǎng)光學(xué)圖像的傅里葉分析，求得所測(cè)范德華晶體的光學(xué)各向異性。以上方法克服了傳統(tǒng)表征手段對(duì)樣品尺寸的限制，能夠?qū)屋S及雙軸范德華晶體材料的光學(xué)各向異性進(jìn)行精準(zhǔn)地表征。通過(guò)對(duì)基底材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)，該方法同樣適用于少層甚至單層范德華晶體光學(xué)各向異性的直接表征。