六方氮化硼的自由曲面纳米结构加工
光学
2021-05-28 v1 介观与纳米尺度物理
材料科学
摘要
六方氮化硼(hBN)——长期被视为热稳定陶瓷——如今可作为原子级平滑的单晶薄片获得,彻底改变了其在光电子学中的用途。对于纳米光子学,这些薄片具有强非线性、双曲色散和单光子发射,为光学与量子光学应用提供了独特性质。对于纳米电子学,其 pristine 表面、化学稳定性与宽禁带使之成为二维电子器件的关键衬底、封装层与栅介质。然而,在探索这些优势时,研究者受限于平面薄片或仅以基本狭缝与孔洞图案化的薄片,严重制约了先进架构。若能实现自由变化的薄片轮廓,hBN 结构将成为进一步调控下一代器件中光子、电子与激子流动的有力设计参数。在此,我们展示了通过结合热扫描探针光刻与反应离子刻蚀以惊人保真度塑造薄片的 hBN 自由曲面纳米结构加工。我们利用亚纳米高度控制与高空间分辨率,为广泛光电子应用制备此前无法实现的薄片结构。在光子学方面,我们制作微元件,并通过将球形 hBN 微透镜置于两平面镜之间获得稳定、高质量光学微腔,展示了此类元件的直接转移与集成。随后我们缩小图案化长度尺度,为电子引入傅里叶表面,在 hBN 中创建复杂高分辨率势 landscape,为应变与能带结构工程提供新可能。这些能力可推进双曲超材料、极化激元学、扭转电子学、量子材料与二维光电器件中新兴现象的发现和利用。
引用
@article{arxiv.2105.12987,
title = {Freeform nanostructuring of hexagonal boron nitride},
author = {Nolan Lassaline and Deepankur Thureja and Thibault Chervy and Daniel Petter and Puneet A. Murthy and Armin W. Knoll and David J. Norris},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.12987},
year = {2021}
}