基础科学研究所 (a)中的hBN岛是单向的
在(b)中，三重对称的血红蛋白在0-360°的旋转过程中显示三次重合；
hBN具有三重对称性，因为hBN的晶格不会因为旋转360°而改变。/3 = 120 °;
铜表面上六溴环十二烷的等效排列，即铜(111)、铜(110)和铜(100)
(c)、(d)和(e)的顶层原子在具有6、2、4重对称性的基底上显示出等价的hBN排列
白色形状显示了基底的几何特征，从中可以看出基底的对称性
信用:IBS 什么东西会变成水晶？透明闪光的宝石？不一定，在微观世界
当它的所有原子按照特定的数学规则排列时，我们称这种材料为单晶
因为自然界有其独特的对称性
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无论是雪花还是蜂窝，晶体的原子世界都是由它自己的结构和对称规则设计的
这种材料结构对其物理性能也有深远的影响
具体来说，单晶在最大程度上诱导材料的内在特性方面起着重要作用
到目前为止，硅基集成电路已经允许的小型化过程即将结束，面对这种情况，人们一直致力于寻找单晶硅的替代品
在寻找未来晶体管的过程中，二维(2-D)材料，尤其是石墨烯，已经成为世界范围内深入研究的主题
由于只有一层原子，它又薄又柔韧，这种二维形式的碳甚至具有前所未有的导电性和导热性
然而，过去十年石墨烯晶体管的努力受到了物理限制——由于缺乏带隙，石墨烯无法控制电流
那么，其他二维材料呢？据报道，许多有趣的二维材料具有相似甚至更好的性质
尽管如此，在为大面积二维材料创造理想的实验条件方面缺乏了解，已将它们的最大尺寸限制在几毫米以内
基础科学研究所多维碳材料中心的科学家提出了一种新的方法来大规模合成硅片大小的单晶二维材料
教授
丁峰和女士
张雷宁和他在北京大学、中国和其他机构的同事合作，发现了一种比二维材料的对称性低的基底，这种基底有利于大面积合成单晶二维材料
“找到基底和二维材料之间旋转对称的正确平衡至关重要，”教授指出
丁峰，这项研究的相应作者之一
研究人员通过使用一种新的衬底成功地合成了10×10 cm2的hBN单晶:铜(110)附近的表面具有比具有(3)的hBN更低的(1)对称性
(a-c)，在铜(110)邻近表面上边缘耦合引导的hBN生长示意图，沿方向具有原子台阶边缘
(b)示出了顶视图,( c)示出了侧视图
信用:IBS 为什么对称很重要？对称性，尤其是旋转对称性，描述了在360度的完整旋转过程中，某个形状适合自身的次数
合成大面积二维材料单晶的最有效方法是在小单晶层上层层排列，然后在衬底上生长
在这种外延生长中，确保所有单晶都在一个方向上排列是非常具有挑战性的
晶体的取向经常受到下面的衬底的影响
通过理论分析，IBS科学家发现一个hBN岛(或一组形成单个三角形的hBN原子)在铜(111)表面有两个等价的排列，具有非常高的对称性(6)
“人们普遍认为，高度对称的衬底可能导致高度对称材料的生长
直觉上，这似乎是有道理的，但这项研究发现这是不正确的
张若宁，该研究的第一作者
以前，各种衬底如铜(111)已被用于大面积合成单晶六溴环十二烷，但没有一个是成功的
每一次努力都以hBN岛在表面上排列成几个不同的方向而告终
由于确信实现单向排列的关键是减少衬底的对称性，研究人员付出了巨大的努力来获得铜(110)取向的邻近表面；通过以小倾角切割铜(110)获得的表面
这就像在铜上形成物理台阶
由于hBN岛倾向于平行于每个台阶的边缘定位，因此它只获得一个优选的对准
小倾角也会降低表面的对称性
研究人员最终发现，铜(110)的一类邻近表面可以用来支持具有完美排列的六溴环十二烷的生长
在仔细选择的具有最低对称性的基底上(或者表面仅在旋转360度后才重复自身)，hBN只有一个优选的对准方向
教授的研究团队
北京大学的刘开慧发明了一种独特的方法，将一个10×10 cm2的大铜箔退火成具有相邻的铜(110)表面的单晶，用这种方法，他们合成了相同尺寸的氮化镓单晶
(a)大面积单晶铜箔，具有低对称表面，铜(110)取向的邻近表面，即钒-(110)
(2)在邻近的铜(110)表面上生长大量单向排列的hBN岛
铜(110)附近的六溴环十二烷岛的扫描电镜和原子力显微镜图像
信用:IBS 除了柔性和超薄厚度之外，新兴的二维材料在被放大成单晶时可以呈现出非凡的性质
这项研究为各种二维材料的实验合成提供了一般的指导方针
除了hBN，许多其他二维材料也可以用低对称性的大面积单晶衬底合成，”教授说
丁峰
值得注意的是，hBN是最具代表性的二维绝缘体，它不同于石墨烯等二维导电材料和二硫化钼(MoS2)等二维半导体
各种类型的二维材料(如氮化镓、石墨烯和二硫化钼)的垂直堆叠将产生大量具有优异性能的新材料，可用于多种应用，如高性能电子器件、传感器或可穿戴电子器件
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