牛津仪器发布原子力显微镜有机晶体形貌与结构表征高分辨率解析解决方案
2014年11月10日

摘  要:本文用牛津仪器Asylum Research首次实现以原子力显微镜对二维分子晶体(C8-BTBT)材料形貌与结构进行了纳米级表征,并将成果发表于Nature期刊上。

关键词:有机晶体; 二维材料; 形貌; 原子分辨率;原子力显微镜

  1. 介绍

有机晶体是半导体材料领域的一个重要分支,已经广泛应用于太阳能电池、显示器等领域。晶体内部原子或分子有规则的排列,引起了晶体各向不同的物理性质。而其中的原子或分子若是有机分子,例如几乎所有的酸、绝大多数有机化合物,如:苯、乙酸、乙醇、葡萄糖等,这些都是分子间通过分子间作用力(包括范德华力和氢键)构成的晶体,称之为有机晶体。有机分子晶体是由有机分子组成,可以是极性有机分子,也可以是非极性有机分子。

2       AFM对单层C8-BTBT分子晶体生长过程的表征

图1  C8-BTBT在95分钟的生长过程中,AFM对样品不同生长阶段的形貌表征

牛津仪器与南京大学合作,对生长的各种不同层数的分子晶体进行了原子分辨率的解析。分子晶体的晶格常数在0.4-0.8nm之间,对其实行高分辨率的解析对AFM有极高的要求。牛津仪器Asylum Research的Cypher作为目前世界上最高分辨率的快速扫描AFM,空气环境中,在轻敲模式下首次实现了这种常规材料的原子分辨率成像。对生长在石墨烯或者氮化硼基体上的不同层数的C8-BTBT的晶体结构进行了系统的表征。

3       石墨烯上生长单层C8-BTBT分子晶体的晶体结构原子分辨率表征

牛津仪器与南京大学合作,对生长的各种不同层数的分子晶体进行了原子分辨率的解析。分子晶体的晶格常数在0.4-0.8nm之间,对其实行高分辨率的解析对AFM有极高的要求。牛津仪器Asylum Research的Cypher作为目前世界上最高分辨率的快速扫描AFM,空气环境中,在轻敲模式下首次实现了这种常规材料的原子分辨率成像。对生长在石墨烯或者氮化硼基体上的不同层数的C8-BTBT的晶体结构进行了系统的表征。

图2  石墨烯衬底上生长双层(图c)二维分子晶体(C8-BTBT)的AFM高分辨图像


 图3  氮化硼衬底上生长单层(c)和双层(d)二维分子晶体(C8-BTBT)的AFM高分辨图像,图e是 基体氮化硼的原子分辨率图像

更多细节可参考NATURE COMMUNICATIONS | DOI: 10.1038/ncomms6162