Two dimensional materials like graphene, transition metal dichalcogenides, and hexagonal boron nitride (h-BN) have attracted a keen interest over the past few years due to their possible integration in the next generation of nano-components. Here, we used high resolution X-ray photoemission spectroscopy and near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) to perform a complete study of stacking configuration and identify sp3 crystal deformations of a single domain h-BN crystal. The AA′ stacking was found to best reproduce features in the experimental B and N K-edges. The NEXAFS also shows that the splitting of the 1s to π* peak in the B K-edge, recently predicted by density functional theory, may be accounted for by the presence of AB′ stacking faults. The presence of this stacking fault has, as a result, the introduction of point defects in the crystal such as boron atoms in a pyramidal or sp3 configuration. Interstitial nitrogen defects are also present in the crystal forming a N-N pair as expected for a p-type h-BN crystal.

1.
C. R.
Dean
,
A. F.
Young
,
I.
Meric
,
C.
Lee
,
L.
Wang
,
S.
Sorgenfrei
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
P.
Kim
,
K. L.
Shepard
, and
J.
Hone
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
722
(
2010
).
2.
T. C.
Doan
,
J.
Li
,
J. Y.
Lin
, and
H. X.
Jiang
,
AIP Adv.
4
,
107126
(
2014
).
3.
L.
Liu
,
Y.
Feng
, and
Z.
Shen
,
Phys. Rev. B
68
,
104102
(
2003
).
4.
G.
Cassabois
,
P.
Valvin
, and
B.
Gil
,
Nat. Photonics
10
,
262
(
2016
).
5.
C.
Tarrio
and
S. E.
Schnatterly
,
Phys. Rev. B
40
,
7852
(
1989
).
6.
R.
Bourrellier
,
M.
Amato
,
L. H. G.
Tizei
,
C.
Giorgetti
,
A.
Gloter
,
M. I.
Heggie
,
K.
March
,
O.
Stéphan
,
L.
Reining
,
M.
Kociak
, and
A.
Zobelli
,
ACS Photonics
1
,
857
(
2014
).
7.
G.
Cassabois
,
P.
Valvin
, and
B.
Gil
,
Phys. Rev. B
93
,
035207
(
2016
).
8.
N. L.
McDougall
,
R. J.
Nicholls
,
J. G.
Partridge
, and
D. G.
McCulloch
,
Microsc. Microanal.
20
,
1053
(
2014
).
9.
J. H.
Warner
,
M. H.
Rümmeli
,
A.
Bachmatiuk
, and
B.
Büchner
,
ACS Nano
4
,
1299
(
2010
).
10.
J.
Park
,
W. C.
Mitchel
,
S.
Elhamri
,
L.
Grazulis
,
J.
Hoelscher
,
K.
Mahalingam
,
C.
Hwang
,
S.-K.
Mo
, and
J.
Lee
,
Nat. Commun.
6
,
5677
(
2015
).
11.
M.
Silly
,
P.
Jaffrennou
,
J.
Barjon
,
J.-S.
Lauret
,
F.
Ducastelle
,
a.
Loiseau
,
E.
Obraztsova
,
B.
Attal-Tretout
, and
E.
Rosencher
,
Phys. Rev. B
75
,
085205
(
2007
).
12.
J. M.
Carlsson
and
M.
Scheffler
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
046806
(
2006
).
13.
G. J.
Slotman
and
A.
Fasolino
,
J. Phys.: Condens. Matter
25
,
45009
(
2013
).
14.
W.
Orellana
and
H.
Chacham
,
Phys. Rev. B
63
,
125205
(
2001
).
15.
C.
Berger
,
Z.
Song
,
X.
Li
,
X.
Wu
,
N.
Brown
,
C.
Naud
,
D.
Mayou
,
T.
Li
,
J.
Hass
,
A. N.
Marchenkov
,
E. H.
Conrad
,
P. N.
First
, and
W. A.
de Heer
,
Science
312
,
1191
(
2006
).
16.
C.
Virojanadara
,
M.
Syväjarvi
,
R.
Yakimova
,
L.
Johansson
,
A.
Zakharov
, and
T.
Balasubramanian
,
Phys. Rev. B
78
,
245403
(
2008
).
17.
E.
Pallecchi
,
F.
Lafont
,
V.
Cavaliere
,
F.
Schopfer
,
D.
Mailly
,
W.
Poirier
, and
A.
Ouerghi
,
Sci. Rep.
4
,
4558
(
2014
).
18.
Z.
Ni
,
W.
Chen
,
X.
Fan
,
J.
Kuo
,
T.
Yu
,
A.
Wee
, and
Z.
Shen
,
Phys. Rev. B
77
,
115416
(
2008
).
19.
Q.
Wu
,
J.-H.
Park
,
S.
Park
,
S. J.
Jung
,
H.
Suh
,
N.
Park
,
W.
Wongwiriyapan
,
S.
Lee
,
Y. H.
Lee
, and
Y. J.
Song
,
Sci. Rep.
5
,
16159
(
2015
).
20.
M. C.
Polo
,
E.
Martinez
,
J.
Esteve
, and
J. L.
Andfijar
,
Diamond Relat. Mater.
7
,
376
(
1997
).
21.
K. S.
Park
,
D. Y.
Lee
,
K. J.
Kim
, and
D. W.
Moon
,
Appl. Phys. Lett.
70
,
315
(
1997
).
22.
W.
Lei
,
D.
Portehault
,
R.
Dimova
, and
M.
Antonietti
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
7121
(
2011
).
23.
R.
Sevak Singh
,
R.
Yingjie Tay
,
W.
Leong Chow
,
S.
Hon Tsang
,
G.
Mallick
, and
E. H.
Tong Teo
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
163101
(
2014
).
24.
Z.
Liu
,
L.
Song
,
S.
Zhao
,
J.
Huang
,
L.
Ma
,
J.
Zhang
,
J.
Lou
, and
P. M.
Ajayan
,
Nano Lett.
11
,
2032
(
2011
).
25.
E.
Ćavar
,
R.
Westerström
,
A.
Mikkelsen
,
E.
Lundgren
,
A. S.
Vinogradov
,
M.
Ling
,
A. B.
Preobrajenski
,
A. A.
Zakharov
, and
N.
Mårtensson
,
Surf. Sci.
602
,
1722
(
2008
).
26.
R.
Trehan
,
Y.
Lifshitz
, and
J. W.
Rabalais
,
J. Vac. Sci. Technol., A
8
,
4026
(
1990
).
27.
H.
Sediri
,
D.
Pierucci
,
M.
Hajlaoui
,
H.
Henck
,
G.
Patriarche
,
Y. J.
Dappe
,
S.
Yuan
,
B.
Toury
,
R.
Belkhou
,
M. G.
Silly
,
F.
Sirotti
,
M.
Boutchich
, and
A.
Ouerghi
,
Sci. Rep.
5
,
16465
(
2015
).
28.
J. C.
Koepke
,
J. D.
Wood
,
Y.
Chen
,
S. W.
Schmucker
,
X.
Liu
,
N. N.
Chang
,
L.
Nieinhaus
,
J. W.
Do
,
E. A.
Carrion
,
J.
Hewaparakrama
,
A.
Rangarajan
,
I.
Datye
,
R.
Mehta
,
R. T.
Haasch
,
M.
Gruebele
,
G. S.
Girolami
,
E.
Po
, and
J. W.
Lyding
,
J. Chem. Mater.
28
,
4169
(
2016
).
29.
A.
Ouerghi
,
A.
Balan
,
C.
Castelli
,
M.
Picher
,
R.
Belkhou
,
M.
Eddrief
et al.,
Appl. Phys. Lett.
101
,
021603
(
2012
).
30.
M.
Terauchi
,
M.
Tanaka
,
K.
Tsuno
, and
M.
Ishida
,
J. Microsc.
194
,
203
(
1999
).
31.
J.
Wang
,
Z.
Wang
,
H.
Cho
,
M. J.
Kim
,
T. K.
Sham
, and
X.
Sun
,
Nanoscale
7
,
1718
(
2015
).
32.
I.
Caretti
and
I.
Jiménez
,
J. Appl. Phys.
110
,
23511
(
2011
).
33.
A. B.
Preobrajenski
,
A. S.
Vinogradov
, and
N.
Mårtensson
,
Phys. Rev. B
70
,
165404
(
2004
).
34.
X.
Blase
,
A.
Rubio
,
S. G.
Louie
, and
M. L.
Cohen
,
Phys. Rev. B
51
,
6868
(
1995
).
35.
A.
Catellani
,
M.
Posternak
,
A.
Baldereschi
, and
J.
Freeman
,
Phys. Rev. B
36
,
6105
(
1987
).
36.
A.
Catellani
,
M.
Posternak
,
A.
Baldereschi
,
H. J. F.
Jansen
, and
A. J.
Freeman
,
Phys. Rev. B
32
,
6997
(
1985
).
37.
M.
Petravic
,
R.
Peter
,
L.-J.
Fan
,
Y.-W.
Yang
, and
Y.
Chen
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect., A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip.
619
,
94
(
2010
).
38.
I.
Caretti
and
I.
Jiménez
,
Chem. Phys. Lett.
511
,
235
(
2011
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.