方法检测二维材料中的缺陷，用于未来的电子、传感器

大学公园,爸爸。-为了进一步缩小电子器件和降低能耗，半导体行业对使用2D材料很感兴趣，但制造商需要一种快速准确的方法来检测这些材料中的缺陷，以确定该材料是否适合器件制造。现在，一组研究人员开发了一种快速、灵敏地表征二维材料缺陷的技术。

二维材料在原子层面上是薄的，最著名的是石墨烯，一种单原子厚度的碳原子层。

“人们一直在努力制作没有缺陷的2D材料，”宾夕法尼亚州立大学物理学教授毛里西奥·特隆斯(Mauricio Terrones)说。“这是最终目标。我们希望在4英寸的晶圆片上有至少可接受数量的缺陷的2D材料，但你希望以一种快速的方式评估它。”

来自宾夕法尼亚州立大学、东北大学、莱斯大学和巴西米纳斯吉拉斯州联邦大学的研究人员提出了一种解决方案，即利用激光与二次谐波产生相结合。他们加入了暗场成像技术，这种技术可以滤除外部光线，使缺陷得以通过。据研究人员说，这是第一次使用暗场成像，它提供了三倍于标准亮场成像方法的亮度，使人们能够看到以前看不见的缺陷类型。

最近在《纳米快报》上发表的一篇论文的资深作者、米纳斯吉拉斯州联邦大学的教授莱安德罗·马拉尔(Leandro Mallard)说:“由于不同颗粒的2D材料之间的干涉效应，利用常用的亮场二次谐波来定位和识别缺陷是有限的。”“在这项工作中，我们已经表明，通过使用暗场SHG，我们消除了干扰效应，并揭示了半导体2D材料的晶界和边缘。这种新技术具有良好的空间分辨率，可以成像大面积样本，可用于监测工业规模生产的材料的质量。”

宾西法尼亚州立大学物理、材料科学与工程、化学的杰出教授Vincent H. Crespi补充说:“晶体是由原子构成的，因此晶体内部的缺陷——原子错位的地方——也是原子大小的。

Crespi说:“通常，我们需要强大、昂贵且速度缓慢的实验探针，利用电子束进行显微术，才能分辨出材料中如此细微的细节。”“在这里，我们使用了一种快速、便捷的光学方法，提取出缺陷本身发出的信号，从而快速、可靠地找出2D材料是如何从以不同方向排列的颗粒中缝合在一起的。”

另一位合著者将此技术比作在满是0的页面中查找特定的0。

宾夕法尼亚州立大学材料研究所的助理研究员王元喜(音译)说:“在黑暗中，所有的0都是隐形的，所以只有有缺陷的0才会引人注目。”

半导体行业希望能够检查生产线上的缺陷，但是根据Terrones的说法，2D材料在用于电子产品之前可能会先用于传感器。因为2D材料是可弯曲的，可以被整合到非常小的空间中，它们是智能手表或智能手机中多个传感器的良好候选，以及无数其他需要小而灵活的传感器的地方。

“下一步将是改进实验设置，以映射零维缺陷——例如原子空位——并将其扩展到其他具有不同电子和结构特性的2D材料，”该研究的主要作者布鲁诺·卡瓦略(Bruno Carvalho)说。

发表在《纳米快报》上的论文题为“单分子层双氢金类化合物一维缺陷的非线性暗场成像”，其他合著者有Fujisawa Kuzanori, Tianyi Zhang, Ethan Kahn, Ismail Bilgin, Pulickel Ajayan, Ana de Paula, Marcos Pimenta和Swastik Kar。

国家科学基金会、美国空军科学研究办公室和巴西各资助机构资助了这项工作。