[发明专利]一种二维原子层材料应变场控制方法

说明书

本发明提供一种二维原子层材料应变场控制方法，包括以下步骤：步骤1：在透明基底上制备纳米吸光层和二氧化硅纳米薄膜；步骤2：把二维原子层材料转移至所述二氧化硅纳米薄膜表面；步骤3：令聚焦激光束穿过所述透明基底辐照所述纳米吸光层，从而获得二氧化硅纳米鼓包，同时对二维原子层材料施加局域应变；步骤4：通过控制聚焦激光束的移动轨迹、能量密度来对二维原子层材料施加复杂应变场，从而完成对二维原子层材料应变场的控制。本发明实施例提供的方法简单高效，绿色环保，在二维原子层材料的应变调控与器件制备方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种二维原子层材料应变场控制方法。

背景技术

对于传统半导体材料，应变工程可以减弱谷间散射，提高晶体管迁移率。近年来，二维原子层材料的应变工程也成为重要的研究方向。列举两个二维原子层材料应变调控的最典型例子：(1)应变可以诱导石墨烯产生高达300特斯拉以上的巨大赝磁场，对其电子性质有重要影响，在无外加磁场的情况下同样可以产生量子霍尔效应等物理特性；(2)对二硒化钨等二维原子层材料施加应变可以制备高质量的单光子源，在光量子器件集成方面应用潜力巨大。其中，灵活地设计和控制二维原子层材料的应变场，是其实应变调控与器件集成的关键和前提。

下面简要介绍当前针对二维原子层材料的应变控制技术。2017年，张忠等利用微米级的鼓泡装置对双层石墨烯加载双轴拉伸应变，并测量了其层间剪切力，但该方法需要预先制备带有特定尺寸微孔的氧化硅基底。2018年，M.Goldsche等人在SOI基底上制备了微机电装置，对机械剥离的石墨烯微米片实现了微尺度拉伸，但该方法目前无法控制应变分布。2019年，P.Jia等利用原子力探针施加偏压，诱导生成位置和形状可控的石墨烯纳米气泡，并在抛物线型气泡上观测到了三轴对称分布赝磁场。此外，将石墨烯、二硒化钨等二维原子层材料转移至带有纳米柱、纳米金字塔等结构的基底上，可以实现特定的应变分布，然而该方法无法实现空间应变梯度的连续调控与复杂设计，并且其应变调控依赖于高精度模板，成本极高且不能灵活调控。

现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)现有针对二维原子层材料的应变技术，无法实现复杂应变场控制，尤其是无法实现空间应变梯度的设计与控制。这方面的典型例子是：制造强度均匀的石墨烯赝磁场需要三重对称分布的应变场，然而当前的技术无法实现这种空间应变梯度控制。

(2)现有针对二维原子层材料的应变技术，无法实现局域大应变的灵活调控。

解决以上问题及缺陷的难度为：传统的应变加载技术对二维原子层材料并不适用；二维原子层材料应变加载中存在大量原子尺度的界面应变传递现象，其中有大量科学问题尚未解决。

解决以上问题及缺陷的意义为：针对成百上千种二维原子层材料，建立一套通用的应变场控制方法，可以为二维原子层材料的力热光电应变调控提供一种精确的科学研究平台，还可以为大规模应变器件的制备提供一种集成制造方法。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种二维原子层材料应变场控制方法。

一种二维原子层材料应变场控制方法，包括以下步骤：

步骤1：在透明基底上制备纳米吸光层和二氧化硅纳米薄膜；

步骤2：把二维原子层材料转移至所述二氧化硅纳米薄膜表面；

步骤3：令聚焦激光束穿过所述透明基底辐照所述纳米吸光层，从而获得二氧化硅纳米鼓包，同时对二维原子层材料施加局域应变；

步骤4：通过控制聚焦激光束的移动轨迹、能量密度来对二维原子层材料施加复杂应变场，从而完成对二维原子层材料应变场的控制。

进一步地，如上所述的二维原子层材料应变场控制方法，所述透明基底为石英基底。