{"id":15455,"date":"2026-05-26T08:10:57","date_gmt":"2026-05-26T08:10:57","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/xiliang-yang\/"},"modified":"2026-05-26T08:11:33","modified_gmt":"2026-05-26T08:11:33","slug":"xiliang-yang","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/xiliang-yang\/","title":{"rendered":"Xiliang Yang"},"content":{"rendered":"","protected":true},"excerpt":{"rendered":"","protected":true},"author":7,"featured_media":15456,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-15455","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","post-password-required","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Hexagonal Boron Nitride Nanostructures","samenvatting":"Hexagonaal boornitride (hBN) is uitgegroeid tot een uniek platform voor kamertemperatuur kwantumfotonica. Toch vereist het vertalen van zijn optisch actieve defecten naar een praktische enkelmolecuul-sensortechnologie twee strikte voorwaarden: (i) deterministische en ruimtelijk gecontroleerde generatie van emitters, en (ii) het ontwerpen van nanoschaal geometrie\u00ebn voor ruimtelijke begrenzing die gelabelde biomoleculen betrouwbaar in de nabijheid van de hBN-emitters brengen, terwijl achtergrondfluorescentie wordt onderdrukt. Dit proefschrift ontwikkelt en verbindt deze twee mogelijkheden via complementaire routes gebaseerd op optische en rek- (strain) nano-engineering in gelaagd hBN.\n\nEerst ontwikkelen we een microbol-geassisteerde femtoseconde-laser methode om de licht-materie-interactie tijdens defectvorming en uitlezing te versterken. Door de combinatie van fotonische nanojets met signaalverzameling ondersteund door fluistergalerijmodi (whispering-gallery modes) te benutten, maakt de methode deterministische emittergeneratie mogelijk met verbeterde ruimtelijke begrenzing en hogere collectie-effici\u00ebntie vergeleken met verwerking zonder microbolletje. Concreet reduceert deze aanpak het emissiegebied met een factor vijf en verhoogt zij de fluorescentie-collectie-effici\u00ebntie met ongeveer een factor tien.\n\nEen tweede resultaat is de vorming en karakterisering van hBN-rimpelnetwerken in meerlaags hexagonaal boornitride, die ontstaan door een mismatch in thermische uitzettingsco\u00ebffici\u00ebnt met het substraat tijdens uitgloeien (annealing). We laten zien dat rimpels functioneren als vlakke nanoschaal-begrenzers, en daardoor als een nuttig kenmerk kunnen worden ingezet in plaats van als beperking. Vloeistofinfiltratie en retentie worden gevalideerd met tijdsafhankelijke optische beeldvorming, Raman mapping van de OH-strekband van water en mapping van de capaciteitsgradi\u00ebnt, in overeenstemming met vloeistofretentie van meer dan 10 uur. Dit zelfassemblage-proces biedt een lithografievrije route om 1D-nanokanalen en multijuncties direct on-chip te realiseren.\n\nVoor de begrenzing en beeldvorming van biomoleculen garanderen dergelijke structuren op zichzelf echter geen heldere optische signalen, omdat widefield-beeldvorming beperkt wordt door de fluorescentieachtergrond afkomstig van aan het oppervlak geadsorbeerde moleculen. Deze beperking motiveerde een strategie voor achtergrondonderdrukking die we implementeren via verticale hBN\/grafeen-stapels. Door uit enkele lagen bestaand hBN te gebruiken als een nauwkeurige fysieke afstandhouder tussen biomoleculen en grafeen, kan niet-radiatieve energieoverdracht op een voorspelbare manier worden afgestemd. Dit levert een parameter op, namelijk de afstandhouderdikte, die kan worden benut om de mate van quenching en fluorescentieherstel te regelen. Op deze manier onderdrukt grafeen ongewenste achtergrondfluorescentie van moleculen die op hBN-rimpels geadsorbeerd zijn, terwijl de emissie behouden blijft van moleculen die dieper in de rimpelvolumes opgesloten zitten. Hierdoor verbetert het beeldcontrast sterk.\n\nSamenvattend toont dit proefschrift aan hoe hBN-emitterengineering, door rek veroorzaakte lokalisatie en interface-gestuurde achtergrondonderdrukking kunnen worden samengebracht tot een raamwerk voor hogedoorvoer fluorescentie-gebaseerde biosensing met hBN, als eerste stappen richting optische eiwitidentificatie aan 2D materiaalinterfaces.","summary":"Hexagonal boron nitride (hBN) has emerged as a unique platform for room temperature quantum photonics, yet translating its optically active defects into a practical single-molecule sensing technology requires two stringent conditions: (i) deterministic and spatially controlled generation of emitters and (ii) engineering nanoscale confinement geometries that reliably bring labelled biomolecules in proximity to the hBN emitters while suppressing background fluorescence. This dissertation develops and connects these two capabilities through complementary routes based on optical and strain nano-engineering in layered hBN.\n\nWe initially establish a microsphere-assisted femtosecond-laser approach to enhance light\u2013matter interaction during defect formation and readout. By exploiting the combination of photonic nanojets with whispering gallery mode-assisted signal collection, the method enables deterministic emitter generation with improved spatial confinement and higher collection efficiency compared to microsphere-free processing. Specifically, the approach reduces the emission area by a factor of five and increases fluorescence collection efficiency by approximately tenfold.\n\nA second result is the generation and characterization of hBN wrinkle networks in multilayer hexagonal boron nitride, which form from thermal expansion coefficient mismatch with the substrate during annealing. We demonstrate that wrinkles function as planar nanoscale confinements, and can therefore be used as a feature rather than a limitation. Liquid infiltration and retention are validated by time dependent optical imaging, Raman mapping of the water OH stretch band, and capacitance gradient mapping, consistent with liquid retention exceeding 10 h. This self-assembly process provides a lithography-free route to obtain 1D nanochannels and multi-junctions directly on-chip.\n\nFor the purposes of biomolecule confinement and imaging, however, such confinements alone do not guarantee clear optical readouts because wide-field imaging remains limited by fluorescence background from surface adsorbed molecules. This shortcoming motivated a background suppression strategy that we implement via vertical hBN\/graphene stacks. By using few-layer hBN as a precise physical spacer between biomolecules and graphene, non-radiative energy transfer can be tuned in a predictable manner. This yields a parameter i.e. spacer thickness, that can be exploited to control the degree of quenching and fluorescence recovery. In this way, graphene suppresses unwanted background fluorescence from molecules adsorbed on hBN wrinkles, while preserving the emission from molecules confined deeper inside the wrinkle volumes. As a result, the imaging contrast is starkly improved.\n\nOverall, this dissertation demonstrates how hBN emitter engineering, strain defined confinement, and interface controlled background suppression can be combined into a framework for high-throughput, fluorescence based biosensing using hBN, forming the first steps towards optical protein fingerprinting at 2D material interfaces.","auteur":"Xiliang Yang","auteur_slug":"xiliang-yang","publicatiedatum":"10 juni 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/xiliangyang?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/077816cb-2684-4829-afd4-27aa2cc3eb67\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"19123","isbn":"978-94-6384-971-5","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Overig","afbeeldingen":15457,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Overig","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15455","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=15455"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15455\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":15458,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15455\/revisions\/15458"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/15456"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=15455"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=15455"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}