Non‐Linear Optics at Twist Interfaces in h‐BN/SiC Heterostructures

材料科学 薄膜 异质结 光电子学 范德瓦尔斯力 纳米技术 纳米晶材料 带隙 碳化硅 凝聚态物理 物理 化学 有机化学 分子 冶金
作者
Abhijit Biswas,Rui Xu,Gustavo A. Alvarez,Jin Zhang,Joyce Christiansen‐Salameh,Anand B. Puthirath,Kory Burns,Jordan A. Hachtel,Tao Li,Sathvik Ajay Iyengar,Tia Gray,Chenxi Li,Xiang Zhang,Harikishan Kannan,Jacob Elkins,Tymofii S. Pieshkov,Róbert Vajtai,A. Glen Birdwell,Mahesh R. Neupane,Elias Garratt
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (47): e2304624-e2304624 被引量:7
标识
DOI:10.1002/adma.202304624
摘要

Abstract Understanding the emergent electronic structure in twisted atomically thin layers has led to the exciting field of twistronics. However, practical applications of such systems are challenging since the specific angular correlations between the layers must be precisely controlled and the layers have to be single crystalline with uniform atomic ordering. Here, an alternative, simple, and scalable approach is suggested, where nanocrystallinetwo‐dimensional (2D) film on 3D substrates yields twisted‐interface‐dependent properties. Ultrawide‐bandgap hexagonal boron nitride (h‐BN) thin films are directly grown on high in‐plane lattice mismatched wide‐bandgap silicon carbide (4H‐SiC) substrates to explore the twist‐dependent structure‐property correlations. Concurrently, nanocrystalline h‐BN thin film shows strong non‐linear second‐harmonic generation and ultra‐low cross‐plane thermal conductivity at room temperature, which are attributed to the twisted domain edges between van der Waals stacked nanocrystals with random in‐plane orientations. First‐principles calculations based on time‐dependent density functional theory manifest strong even‐order optical nonlinearity in twisted h‐BN layers. This work unveils that directly deposited 2D nanocrystalline thin film on 3D substrates could provide easily accessible twist‐interfaces, therefore enabling a simple and scalable approach to utilize the 2D‐twistronics integrated in 3D material devices for next‐generation nanotechnology.
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