2023-07-11 13:08:18, 科匠文化 HORIBA科学仪器事业部
本文转载自公众号:科匠文化
研究背景
功能材料界面由于经常表现出不同于体材料的新颖物理、化学现象与性质而备受关注。比如,人们在材料界面上发现了二维电子气、界面超导、界面发光和界面磁性等。这些有趣的界面现象与性质通常归因于界面上强烈的物理与化学交互作用,因此它们大多数出现在共格界面和半共格界面上。
从共格界面到半共格界面、再到非共格界面,界面上的晶格失配不断增大,从而导致了材料界面上存在不同的晶格失配调节机制和界面结构。共格界面的晶格失配小,界面失配由两相邻晶格的弹性变形来调节,界面上形成了原子间完美匹配的界面结构;半共格界面的晶格失配适中,通过形成周期性排列的界面失配位错来补偿晶格失配。非共格界面的晶格失配非常大,界面两侧相邻晶体将保持各自原有的晶格而刚性堆叠在一起,不容易形成界面失配位错。虽然非共格界面比其他两类界面更常见,但由于它的晶格匹配度差并且界面键合强度弱,导致界面上的交互作用非常弱,因此非共格界面上很少表现出独特的界面现象与性质,这极大地限制了非共格界面的相关研究与应用。
为了探索非共格界面上的新颖界面现象与物性,中国科学院金属研究所陈春林研究员和马秀良研究员团队,围绕非共格界面的原子与电子结构及界面交互作用开展了系统地研究工作,相关研究结果发表在Nature Communications上。论文的共同贡献作者为闫学习博士研究生和江亦潇副研究员,通讯作者为陈春林研究员和马秀良研究员,叶恒强院士指导了整个研究工作。
研究发现大晶格失配(~ 12 %)的 AlN/Al2O3(0001)非共格界面上存在不寻常的强界面交互作用。强烈的界面交互作用显著地调控了 AlN/Al2O3 界面的原子与电子结构及发光特性。透射电镜显微结构表征的研究结果表明,在 AlN/Al2O3 非共格界面上形成了界面失配位错网络和堆垛层错,这在其他非共格界面上是很少见的。原子层分辨的价电子能量损失谱表明,AlN/Al2O3 非共格界面的带隙降低为~ 3.9 eV,显著小于 AlN 和 Al2O3 体材料的带隙(分别为 5.4eV 和8.0eV)。第一性原理计算表明,界面上带隙的减少主要由于在界面处形成了畸变的 AlN3O 四面体和 AlN3O3 八面体,从而导致了界面上存在 Al-N 键和 Al-O 键的竞争及键长的增大。阴极荧光光谱分析表明,该非共格界面具有界面发光特性,可发射波长为320nm 的紫外光,发光强度比 AlN 薄膜的本征发光高得多。
图3. AlN/Al2O3界面层错区的原子与电子结构。(a, b) 扫描透射电镜HAADF像和ABF像。界面层错形成于 Al2O3 一侧,但层错没有改变界面两侧材料的晶格匹配,界面上仍然是 8 个 AlN 的原子面匹配 9 个 Al2O3 的原子面。(c) 原子层分辨的价电子能量损失谱。界面的带隙降低为~ 3.9 eV,显著小于 AlN 和 Al2O3 体材料的带隙。标尺为 5 。
图4. AlN/Al2O3界面原子与电子结构的第一性原理计算。(a-c) 无层错区的原子模型、电子态密度和 Al 原子的差分电荷密度。(a-c) 层错区的原子模型、电子态密度和Al原子的差分电荷密度。无层错区和层错区的带隙分别为 3.3 eV 和 3.4 eV,界面上键合强度高,形成了畸变的 AlN3O 四面体和 AlN3O3八面体,存在 Al-N 键和 Al-O 键的竞争。
图5. AlN/Al2O3 界面的阴极荧光测量。(a) 扫描电镜二次电子像,(b) 阴极荧光光谱,(c, d) 210nm 和 320nm 激光测得的阴极荧光分布图。210nm 光激发来自 AlN 薄膜,320nm 光激发来自界面。界面发光强度显著高于 AlN 薄膜的本征发光。标尺为 2μm。
Authors: Xuexi Yan†, Yixiao Jiang†, Qianqian Jin, Tingting Yao, Weizhen Wang, Ang Tao, Chunyang Gao, Xiang Li, Chunlin Chen*, Hengqiang Ye, and Xiu-Liang Ma*
HORIBA 阴极荧光光谱仪
如果您对本研究中使用的产品感兴趣,欢迎扫描二维码留言,我们的工程师将会及时为您答疑解惑。
策划:武艳红
排版:Cecila
审核:Joanna
推荐阅读
更多精彩文章
免责说明
HORIBA Scientific 公众号所发布内容(含图片)来源于文章原创作者或互联网转载,目的在于传递更多信息用于分享,供读者自行参考及评述。文章版权、数据及所述观点归原作者或原出处所有,本平台未对文章进行任何编辑修改,不负有任何法律审查注意义务,亦不承担任何法律责任。若有任何问题,请联系原创作者或出处。
点击下方“阅读原文”,查看更多精彩文章!
04-16 德国元素
走进信阳师范大学04-16
应用分享丨Micro-XRF技术在高性能材料研发中的革新应用04-16
蓄势聚力 蓬勃葳蕤 |《皖仪季风·春生》四月刊04-15 WAYEAL皖仪
血液专题 | 血液全场景解决方案上线!直播教学帮您深入了解这些技术怎么用~04-15
凝聚科技力量·共筑交通安全:欧美大地引领交通安全设施测试创新发展04-15 公路部
创新2024 | 无氯仿提取RNA,让科研更安心!04-15 赛默飞生命科学
创新2024 | 细节决定成败:RNA实验中RNase防控要点全解析04-15 赛默飞生命科学
创新2024 | 告别低效转染,Neon NxT电转染系统为科研创新加速!04-15 赛默飞生命科学
探秘创新之旅,赛默飞“灵感”系列笔记本助力发展新质生产力,好礼等你来拿!04-15 赛默飞生命科学
创新2024 | 革命性突破!Bigfoot流式细胞分选仪:单细胞组学研究的创新引擎04-15 赛默飞生命科学
【新品上市】1.8μm BioCore Glycan糖型分析色谱柱04-15
塑料实验室光源暴露试验荧光紫外灯方法04-15
浙江万马高分子材料集团有限公司对我炭黑含量测试仪认可04-15
感谢安徽工程大学对我司同步热分析仪的认可04-15
聚碳酸酯PC再生塑料性状及性能要求04-15
带通滤光片产品介绍04-15 韵翔光电
奖品更多?名额增加?色谱能力验证大赛第二届来袭!04-15 市场宣传部
【展会预告】第25届中国环博会04-15 元析仪器
元析仪器 | 2024德国慕尼黑分析生化博览会圆满落幕04-15 METASH