【国际论文】液态金属制造具有可调化学计量的超薄氮氧化镓层

        近期，由法国里昂大学的研究团队在学术期刊《Advanced Photonics Research》发表了一篇名为Liquid-Metal Fabrication of Ultrathin Gallium Oxynitride Layers with Tunable Stoichiometry（液态金属制造具有可调化学计量的超薄氮氧化镓层）文章。

摘要

        报道了一种合成纳米厚度（≈3 nm）可变化化学计量的氮氧化镓（GaOxNy）层的方法。该方法主要利用液态金属化学（LMC）技术，与传统的自上而下和自下而上的方法相比，更容易将二维材料集成到光子器件中。制备过程分为两步，首先是基于液态金属的印刷，形成纳米厚的氧化镓（Ga₂O₃）层，然后进行等离子体增强的氮化反应。通过对氮化参数（等离子体功率、曝光时间）的控制，可以调整GaOxNy层的组成，从而获得具有不同光学性质的化合物（例如，20%的折射率变化），如椭圆测量和密度泛函理论（DFT）模拟所证明的。DFT提供了对GaOxNy化合物的光学性质的微观理解，包括键极化和晶体性对光学性质的影响。这些发现扩展了对超薄GaOxNy合金的认识，这方面的研究相对于其氮化镓（GaN）和氧化镓（Ga₂O₃）的对应物来说较少。它们也是将这类二维材料集成到光子芯片中的重要一步，并为改进混合光电器件的性能提供了新的机会。

图1. 大面积超薄氮化镓纳米片的合成过程。a) 液态金属表面在氧气存在下发生Cabrera–Mott氧化作用的示意图，之后为用于从熔融金属中剥离二维氧化物的印刷技术。液态金属液滴被挤压在两个衬底之间，使 Ga₂O₃ 层得以转移。b) 利用在圆柱形空腔等离子反应器中进行的微波激活氮/氢等离子体，从超薄 Ga₂O₃ 层合成超薄氮化镓纳米片的过程