单层六方氮化硼的阴极发光光谱

阴极发光（CL）光谱是研究光电子材料发射特性的有力技术，因为 CL 不受可激发带隙限制，也不受光致发光（PL）光谱中可能涉及的简单光散射与共振拉曼散射所带来的模糊信号影响。然而，由于与高能电子束（e-beam）相互作用的激发体积极小，对原子级薄二维材料（如过渡金属硫族化合物与六方氮化硼（hBN））的直接 CL 测量一直较为困难。本文中，利用可借助 e-beam 进行大面积且表面敏感激发的自制 CL 系统，展示了来自单层 hBN（即 mBN，外延生长于高定向热解石墨衬底上的薄膜）的清晰 CL 信号。13 K 下的空间分辨 CL 光谱表现出主导性的 5.5-eV 发射带，其归因于 hBN 的多层聚集体，显著地出现于衬底台阶边缘处较厚区域。相反，在原子级平坦区域常规观察到 6.04 eV 的微弱峰。由于该能量与 Elias 等人 [Nat. Commun. 10, 2639 (2019)] 归属于 mBN 声子辅助直接激子复合的 10 K 下 PL 峰 6.05 eV 一致，该 6.04 eV 的 CL 峰被归因于源自 mBN 外延层。CL 结果支持了体相 hBN 的间接带隙向 mBN 直接带隙的转变，类似于二硫化钼。该结果也鼓励利用本 CL 构型阐明其他具有减小激发体积的低维材料的发射特性。