國家納米中心戴慶團隊等：在晶體光學各向異性研究中獲進展

【成果簡介】

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征困難，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征方法。?

【圖文導讀】

圖1 實驗裝置和近場成像原理的示意圖

a）近場設置的三維示意圖

b）實驗裝置的前視圖

c）近場圖像和實空間條紋輪廓

d）在c中的條紋輪廓的動量空間譜

圖2 實驗結果

a）近場圖像和實空間條紋輪廓

b）a中條紋輪廓的動量空間譜

【研究內容】

石墨烯、氮化硼、過渡金屬硫族化合物等新型二維材料都屬于范德華晶體，各自具有優良的力學、電學、光學性質，是構筑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于新型光電器件的設計和優化至關重要。受制于目前制備高質量范德華單晶尺寸問題，傳統的基于遠場光束反射的光學各向異性表征方法（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（TM）波導模式，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；隨后，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，并對其進行實空間近場光學成像；最后，通過對實空間近場光學圖像的傅里葉分析，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征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準地表征。通過對基底材料的優化設計，該方法同樣適用于少層甚至單層范德華晶體光學各向異性的直接表征。?

相關研究成果在線發表于《自然-通訊》，其表征方法已申請發明專利。該研究得到了國家自然科學基金、科技部重點研發計劃等項目的資助。

原文鏈接：http://www.cas.cn/syky/201712/t20171220_4627546.shtml

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

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