IF 15.8！六方氮化硼的相关结构和光学表征

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六方氮化硼 （hBN） 在纳米电子学和纳米光子学中起着核心作用。此外，hBN 承载室温量子发射器和光学寻址自旋，使该材料有望用于量子传感和光子学。尽管对 hBN 的光学和结构特性进行了大量研究，但污染在表面和界面的作用仍未得到探索。我们制备了与共聚焦光致发光 （PL） 显微镜、透射电子显微镜 （TEM） 和原子力显微镜 （AFM） 兼容的 hBN 样品，并使用这些技术定量研究荧光发射、片状形态和表面残留物之间的相关性。我们发现显微镜技术本身会引起 hBN 光学活性和残留物形态的变化：PL 测量会诱导光漂白，而 TEM 测量会改变表面残留物和发射特性。我们还研究了常见处理（退火和氧气等离子体清洗）对 hBN 结构和光学活性的影响。这些方法可以广泛应用于二维材料的研究，结果说明了相关研究对于阐明影响 hBN 结构和光学特性的因素的重要性。

创新点

1. 研究首次系统探讨了显微镜技术本身（如 PL 和 TEM）对六方氮化硼（hBN）光学活性和表面残留物形态的影响，揭示了测量过程的干扰效应。

2. 通过结合共聚焦光致发光（PL）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM），实现了对 hBN 荧光发射、片状形态和表面残留物的多维度定量关联分析。

3. 发现了 PL 测量诱导的光漂白现象，为 hBN 光学表征中的动态变化提供了新的实验证据。

4. 揭示了 TEM 测量对 hBN 表面残留物和发射特性的改变，填补了传统表征方法对材料本征属性影响的研究空白。

对科研工作的启发

1. 显微镜技术对 hBN 的干扰效应提示科研人员在光学和结构表征时需谨慎评估测量过程对样品的影响。

2. 多技术联合分析的成功应用鼓励在二维材料研究中采用跨学科手段以获得更全面的材料特性数据。

3. 光漂白和表面残留物变化的研究结果表明，未来需开发更低干扰的表征技术以保护样品本征属性。

4. 对退火和等离子体清洗效果的定量分析为二维材料制备工艺的优化提供了实验依据和理论支持。

思路延伸

1. 可以进一步探究不同波长或强度的光照对 hBN 光漂白效应的具体影响规律，以优化光学表征条件。

2. 将研究扩展至其他二维材料（如石墨烯、过渡金属二硫化物），比较不同材料对显微镜技术的响应差异。

3. 开发新型表面处理技术（如化学修饰或惰性气体清洗）以减少污染对 hBN 光学和结构特性的干扰。

4. 结合理论模拟，分析 TEM 和 PL 测量诱导的变化在原子尺度上的机制，深化对现象本质的理解。

5. 探索 hBN 在极端环境（如高温、高压）下的光学和结构稳定性，为其在特殊条件下的应用奠定基础。

在生物医学中的潜在应用

1. hBN 的光学活性和量子发射特性可用于开发高灵敏度的生物传感平台，检测特定生物分子。

2. 通过优化退火和等离子体清洗工艺，制备生物相容性更高的 hBN，用于体内成像或药物传递。

3. PL 测量的光漂白效应可被利用设计可控的光响应系统，用于光动力疗法中的靶向治疗。

4. hBN 的片状形态和表面特性可用于构建纳米载体，增强药物在细胞内的靶向递送效率。

5. 结合 AFM 和 TEM 的表征技术可用于研究 hBN 与生物组织的界面相互作用，评估其在植入材料中的安全性。

6. hBN 的光学寻址自旋特性有望应用于生物医学中的量子成像技术，实现亚细胞级别的精准诊断。

Correlated Structural and Optical Characterization of Hexagonal Boron Nitride

ACS Nano（IF 15.8）

Pub Date  : 2025-02-21

DOI : 10.1021/acsnano.4c17676

Jordan A. Gusdorff, Pia Bhatia, Trey T. Shin, Alexandra Sofia Uy-Tioco, Benjamin N. Sailors, Rachael N. Keneipp, Marija Drndić, Lee C. Bassett

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