引言
范德華晶體，包括石墨烯、氮化硼、過渡金屬硫族化合物等廣受關注的新型二維材料等，具有優良的力學、電學、光學性質，是構筑功能可控范德華異質結的基本單元，也是組成下一代高性能光電器件的基礎材料。
范德華晶體具有層狀結構，在層內由較強的共價鍵相互作用結合，在層間由較弱的范德華力結合。這一層狀結構決定了范德華晶體的各種物理性質具有天然的各向異性，其中，光學各向異性對于新型光電器件的設計和優化至關重要，必須得到準確的表征。然而，受限于高質量范德華單晶的尺寸，傳統的基于遠場光束反射的光學各向異性表征方法，如端面反射法、橢偏法等，均不能準確表征范德華微晶體的光學各向異性。
成果介紹
日前，中國科學院納米科學中心納米表征實驗室戴慶(Quantum Design中國子公司用戶)研究團隊利用德國neaspec近場光學技術克服了上述范德華晶體有限尺寸導致的困難，成功測量了氮化硼及二硫化鉬的介電常數張量。
圖1 實驗裝置和近場成像原理示意圖
該團隊先理論論證了在各向異性范德華納米片中存在尋常及非尋常波導模式，這兩種模式的面內波矢分別與范德華晶體的面內及面外介電常數相關;之后，他們使用neaSNOM散射型掃描近場光學顯微鏡，在范德華納米片中激發尋常及非尋常波導模式，并對這些波導模式進行實空間近場光學成像;后，他們通過nanoFTIR納米傅里葉紅外模塊對實空間近場光學圖像的傅里葉分析，求得所測范德華晶體的光學各向異性。
圖2 不同厚度MoS2樣品的近場光學像及傅里葉分析
結論
這一方法克服了傳統表征手段對樣品大小的限制，能夠對單軸及雙軸范德華晶體材料的光學各向異性進行的表征;通過對基底材料的優化設計，這一方法有望用于少層甚至單層范德華晶體光學各向異性的直接表征。該研究結果在線發表于Nature Communications，表征方法已申請發明。相關研究工作得到自然科學基金、青年千人計劃等項目的資助。
參考文獻：Probing optical anisotropy of nanometer-thin van der waals microcrystals by near-field imaging (Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01580-7)
文章來源：中國科學院納米中心
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