Zweidimensionale Materialien bergen aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen Eigenschaften großes Potenzial für Anwendungen in optoelektronischen Bauelementen. Ihre atomare Dicke erschwert jedoch die Beobachtung mit herkömmlichen optischen Mikroskopen. Um diese Herausforderung zu meistern, nutzte ein Forschungsteam der Abteilung für Physikalische Chemie und Theorie des Instituts nichtlineare Optik. Mithilfe eines sogenannten phasenaufgelösten Summenfrequenzmikroskops mischten sie zwei Laserstrahlen – einen im mittleren Infrarotbereich und einen im sichtbaren Bereich –, um durch Anregung der Gitterschwingungen des Materials ein starkes Summenfrequenzsignal zu erzeugen und so das ursprünglich transparente Material sichtbar zu machen.
Mit diesem Mikroskop können die Forscher nicht nur großflächige Proben schnell abbilden, sondern auch die Kristallorientierung des Materials visualisieren. In ihrer Studie beobachteten sie, dass dreieckige zweidimensionale Bornitridschichten stickstoffterminierte, gezackte Kanten aufweisen. Die mit dieser Methode nachgewiesene hohe Nichtlinearität deutet darauf hin, dass solche Materialien vielversprechend für die Frequenzumwandlung von Infrarot- zu sichtbarem Licht sind und somit Anwendungen in neuartigen optoelektronischen Bauelementen ermöglichen. Diese Arbeit entstand in interinstitutioneller Zusammenarbeit. Die Proben wurden an der Vanderbilt University synthetisiert und mithilfe von Rasterkraftmikroskopie (AFM) in Zusammenarbeit mit Kollegen der Freien Universität Berlin charakterisiert.
Im Vergleich zu anderen Methoden ermöglicht diese Summenfrequenzmikroskopie die klare Visualisierung optisch transparenter Materialien. Sie erzeugt kontrastreichere Bilder als herkömmliche AFM-Aufnahmen und ermöglicht eine Echtzeit-Bildgebung, die auch Informationen zur Kristallorientierung enthält. Die Forscher erwarten, dass dieses Bildgebungsverfahren zukünftig als nicht-invasive Methode zur Untersuchung eines breiteren Spektrums gestapelter zweidimensionaler Materialien und ihrer Verbundstrukturen dienen wird.
Weitere Informationen: Autoren Niclas S. Mueller et al., Titel: „Vollständige kristallographische Abbildung einer hexagonalen Bornitrid-Monoschicht mittels phononenverstärkter Summenfrequenzmikroskopie“, erschienen in *Advanced Materials* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Advanced Materials*
