近日，中科院物理所/北京凝聚态物理国家研究中心研究员白雪冬团队与北京大学的科研人员等合作，在大尺寸菱方氮化硼（rhombohedral boron nitride ，rBN）晶体制备上取得突破，相关成果在Nature发表。

论文地址：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07286-3

斜面台阶外延生长多层菱方氮化硼单晶的原理和制备流程

取向一致的菱方氮化硼晶畴逐层无缝拼接形成均匀单晶薄膜

菱方氮化硼（rBN）相较于常见六方氮化硼（hBN）属于亚稳相,同为六方晶系，其硼原子和氮原子以六角形排列，并在层与层之间存在着相对较弱的相互作用。不仅拥有hBN相似的低介电常数、强电绝缘性、良好的化学稳定性、高热导率等特性，并具有非中心对称的ABC堆垛结构，因而具备本征的滑移铁电性和非线性光学性质。虽然极具应用潜力，但大尺寸rBN晶体制备尚未解决。

在此前的一系列研究基础上，科研团队近日提出基于表面对称性破缺衬底面内、面外协同调控的创新机制，即通过在单晶金属镍表面构建由(100)晶面和(110)晶面组成斜面高台阶，在化学气相沉积的形核阶段匹配并逐层锁定rBN晶格的面内晶格取向和面外滑移矢量，进而在大面积范围内诱导形成同向rBN晶畴。扫描透射电子显微镜（STEM）观测表明，取向一致的rBN晶畴通过逐层无缝拼接，形成具有精准ABC原子堆垛的晶体结构，成功制备出rBN单晶，面积可达4×4平方厘米。

该成果为单晶二维层的精确堆叠控制生长提供了有效的途径，将以往的氮化硼绝缘介质赋予铁电存储功能，为制造存算一体器件提供新材料策略，并为基于堆叠二维材料的应用多功能器件奠定了基础。

编译整理YUXI