研究小组发现二维波导

美国海军研究实验室（NRL）与堪萨斯州立大学合作，发现了基于二维材料六方氮化硼的平板波导。《先进材料》杂志报道了这一里程碑

二维（2D）材料是一类可以通过机械剥离层而减少到单层极限的材料。弱的层间吸引力（范德华吸引力）允许通过所谓的“苏格兰胶带”方法分离层

最著名的2D材料石墨烯是一种由单层碳原子组成的半金属材料。最近，包括半导体过渡金属二硫族化物（TMDs）和绝缘六方氮化硼（hBN）在内的其他2D材料也引起了人们的关注。当还原到接近单层极限时，2D材料具有独特的纳米级特性，这对创建原子级薄的电子和光学器件很有吸引力

新型材料与应用部门的Samuel Lagasse博士说：“我们知道使用六方氮化硼会在我们的样品中产生卓越的光学性能；我们谁也没想到它也会起到波导的作用。”。“由于hBN在基于2D材料的器件中被广泛使用，这种新型的光波导用途可能会产生广泛的影响。”

石墨烯和TMD单层对周围环境都非常敏感。因此，研究人员试图通过将这些材料封装在钝化层中来保护它们。这就是hBN的作用所在：hBN层能够“筛选”石墨烯或TMD层附近的杂质，从而产生奇妙的性能。在最近的NRL领导的工作中，为了支持光波导模式，仔细地调整了发光TMD层周围的hBN的厚度

NRL的研究人员仔细组装了被称为“范德华异质结构”的二维材料堆。由于分层，这些异质结构可能具有特殊的性质。hBN片被放置在单层TMD周围，如二硒化钼或二硒化钨，它们可以发射可见光和近红外光

hBN的板在厚度上被仔细地调节，使得发射的光将被捕获在hBN内并被波导。当光波导到hBN的边缘时，它可以散射出去并被显微镜检测到

这项研究的动机是2D TMDs光学测量的挑战。当激光聚焦在TMDs上时，就会产生被称为激子的粒子。大多数激子发射出TMD平面的光；然而，一种被称为暗激子的难以捉摸的激子存在于一些TMD中，并在TMD的平面中发射。NRL的平板波导捕获来自暗激子的光，提供了一种光学研究它们的方法

NRL的研究人员使用了两种特殊类型的光学显微镜来表征hBN波导。一种设置允许研究人员用光谱法解析波导不同点发出的光致发光。另一种设置允许他们观察发射光的角度分布

NRL的研究人员还开发了波导的3D电磁模型。建模结果为设计未来使用平板波导的2D器件提供了一个工具包