二维氮化镓(GaN)由于其量子效应能产生理想的深紫外发射、激子效应和电子传输特性而备受关注。然而，目前所获得的二维GaN只能作为原子薄量子阱或纳米级孤岛的嵌入层存在，限制了对其内在特性的进一步探索。本文报道了通过表面氮化反应在液态金属上生长微米横向尺寸的二维GaN单晶，证明了二维GaN具有均匀的增长晶格、的声子晶体振动、蓝移的荧光发射和较高的内量子效率，为先前的理论预测提供了直接的证据。生长的二维GaN的电子迁移率为160 cm²V^-1s^-1。这些发现为二维GaN单晶的潜在光电子应用铺平了道路。

成果简介：武汉大学化学与分子科学学院Yunxu Chen, Keli Liu, Jinxin Liu, Tianrui Lv, Bin Wei, Tao Zhang, Mengqi Zeng , Zhongchang Wang and Lei Fu*通过表面氮化反应在液态金属上生长微米横向尺寸的二维GaN单晶，并得到了很好的应用效果，为先前的理论预测提供了直接的证据。相关成果以“Growth of 2D GaN Single Crystals on Liquid Metals”为题发表在国际顶刊JACS上。（DOI: 10.1021/jacs.8b08351）

图文导读：

尿素粉末被放置在离1区几厘米的地方，而由W箔支撑的Ga球团则放置在2区。2区温度达到1080℃时，熔融Ga在W表面分散，尿素入1区，加热至160℃，然后，通过表面氮化反应(SCNR)，在1080℃的液态镓表面形成二维GaN。

二维GaN单晶的形貌和化学分析。

1. 二维GaN晶体的AFM图像，相应的厚度分布。

2. 二维GaN晶体的高分辨透射电镜图像，超薄六边形。

   (C)六方GaN单晶EDS元素分析，Ga和N的均匀分布。

    

    

    

3. 
   

二维GaN单晶的原子结构,六方紧密堆积结构。

1. GaN晶体结构模型。

   (B,C) 沿[0001]面获得的二维GaN晶体的HAADF(B)和BF-STEM(C)图像。

   （D）[0001]面的EDS元素分析。

   (E,F) HAADF(E)和BF-STEM(F)图。([1010]面)

    

二维GaN单晶的表征。

1. 块状GaN和2D GaN晶体的SAED衍射点图示。晶格参数增大。

2. 对(A)中衍射点强度分析。

3. 块状GaN和厚度为5.2 nm的二维GaN的拉曼光谱。E2峰蓝移（567.2~566.2cm^-1）,强度增加，说明结晶度高。出现A1和E1，由体相光无序散射引起的拉曼偏振选择规则被打破形成。

   (D)块体GaN和厚度为5.2 nm的二维GaN的PL光谱，蓝移，更靠近紫外发射区，强度提高48倍，内量子效应的**提高，并且随着厚度降低。强度还会提升。

二维GaN单晶形成FET（场效应晶体管）器件来探索其本征电子特性。

1. 二维GaN FET原理图。

2. 二维GaN晶体场效应管的假彩色扫描电镜图。（以机械剥离石墨烯薄膜作为接触层获得更好的欧姆接触）

3. 在V_DS=1V时的I_DS-V_g特征曲线，**的N型导电。

   (D)不同V_g值下I_ds-V_ds特征曲线。计算了其电子迁移率为160 cm²V^-1s^-1，开/关比为10⁶。

    

    

   小结：

   本文报道了通过表面氮化反应成功地生长出横向尺寸可达50μm的高晶二维GaN单晶，并研究了GaN单晶在二维下的特性，如晶格参数增大、特殊声子晶体振动模式、蓝移PL发射和提高的内量子效率等。制备的二维GaN单晶具有很高的电子迁移率。我们的策略为制备具有较大横向尺寸的高晶二维GaN单晶开辟了一条新的途径，不同于块状GaN的特性表明它们对未来的纳米电子学有很大的发展前景。