电子束诱导甲烷分解用于六方氮化硼原位碳掺杂
材料科学
2026-05-28 v1
摘要
控制六方氮化硼 (hBN) 中碳的空间掺入对于工程具有光学活性缺陷至关重要，但现有方法缺乏纳米尺度的精度和对碳供应的控制。本文演示了一种利用低压甲烷气氛下通过电子束照射进行 hBN 碳掺杂的方法，其中该束同时在生成空位和分解甲烷生成单个碳原子和氢原子。利用环形暗场扫描透射电子显微镜，我们表明，随着甲烷分压的增加，孔隙生长被抑制，并通过氮的氢刻蚀驱动形成三角形硼终端孔。时间分辨的电子能量损失谱 (EELS) 映射揭示了晶格中逐步掺入碳的过程，伴随硼和氮的耗竭。碳聚集主要发生在照射区域内：84+-7% 的碳富集区域局限于接受电子束的区域内，而一些碳原子也扩散至平均距离 4.7+-0.5 nm 的外部区域。掺入的碳原子在晶格中呈六方排列，形成大小不超过约 1 nm 的斑块。分析 EELS 细节结构表明，这些区域内的局部电子环境发生了修改，对所产生的碳相关缺陷的光学性质具有影响。
引用
@article{arxiv.2605.28564,
title = {Electron-beam induced methane decomposition for in-situ carbon doping of hexagonal boron nitride},
author = {Barbara Maria Mayer and Manuel Längle and Umair Javed and Toma Susi and E. Harriet Åhlgren and Jani Kotakoski},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.28564},
year = {2026}
}
备注
29 pages with 4 figures in the main text and 9 figures in the supplement