hBN中的单光子发射体：原子分辨率成像的局限与潜在误差来源
材料科学
2025-11-06 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
人们对确定六方氮化硼（hBN）中单光子发射的起源越来越感兴趣，提出的候选者包括硼和氮空位以及碳替位掺杂。由于光子发射强度通常随样品厚度增加而增加，这些研究中使用的hBN薄片通常超过30个原子层。为了在原子尺度上识别潜在发射体，通常采用环形暗场扫描透射电子显微镜（ADF-STEM）。然而，由于hBN固有的AA'堆叠以及硼和氮原子在垂直方向上交替排列，即使在少层系统中这种方法也变得复杂。在这里，我们通过STEM图像模拟和实验证明，即使在理想条件下，当厚度超过17个原子层（约6 nm）时，以硼为主的列、以氮为主的列与碳替位之间的强度差异也变得无法区分。虽然空位型缺陷在稍大的厚度下仍可被检测到，但在光子研究中通常使用的厚度下，其检测也变得不可靠。我们进一步表明，常见的残余像差，特别是三重像散，会导致原子列之间产生人为的衬度差异，这可能导致原子缺陷的误判。我们系统研究了非径向对称像差对多层hBN的影响，并证明即使是微小的残余三重像散也会显著扭曲STEM衬度，从而导致误导性的解释。
引用
@article{arxiv.2511.03674,
title = {Single photon emitters in hBN: Limitations of atomic resolution imaging and potential sources of error},
author = {David Lamprecht and Shrirang Chokappa and Alissa M. Freilinger and Barbara Maria Mayer and Maximilian Melchior and Jana Dzíbelová and Darwin Lorber and Luiz H. G. Tizei and Mathieu Kociak and Clemens Mangler and Lado Filipovic and Jani Kotakoski},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.03674},
year = {2025}
}