拉曼光譜一直是表征石墨烯、六方氮化硼或過渡金屬二硫?qū)倩?(TMD) 等二維材料的最重要的測(cè)量技術(shù)之一。分析其拉曼光譜可以揭示有關(guān)層數(shù)、電荷摻雜或應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)的信息。二維材料還可以輕松堆疊成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。這些所謂的范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有新的物理特性,是利用二維材料構(gòu)建新型光電器件的基礎(chǔ)。事實(shí)證明,不僅異質(zhì)結(jié)構(gòu)中材料的順序很重要。
英國南安普頓大學(xué)的利亞姆·麥克唐納和大衛(wèi)·史密斯及其同事對(duì)扭曲范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的物理學(xué)感興趣。他們利用共振拉曼散射來揭示 MoSe2 和 WSe2 TMD 層中有趣的物理現(xiàn)象,并表征層之間的相互作用。在共振拉曼光譜中,激光的激發(fā)能量與電子能級(jí)之間的躍遷能量產(chǎn)生或接近共振。共振效應(yīng)通常會(huì)導(dǎo)致拉曼散射信號(hào)大幅增加,而拉曼散射信號(hào)通常是選擇性的,因此只有一些拉曼線得到增強(qiáng)。在 TMD 共振中,拉曼已被證明是暗激子態(tài)的探針,暗激子態(tài)在 PL 光譜中不可見,但與振動(dòng)聲子模式耦合。
研究人員在最近的文章中表明,共振拉曼是測(cè)量 TMD 層之間相互作用的良好工具。為了激發(fā)拉曼光譜,他們使用可調(diào)諧 Ti:Sapph (1.24eV -1.77eV) 和染料激光器 (1.74eV – 2.27eV),同時(shí)控制光偏振,這有助于消除樣品中不需要的發(fā)光信號(hào)。在TriVista 三級(jí)光譜儀中分析拉曼信號(hào)。多級(jí)系統(tǒng)特別適合共振拉曼實(shí)驗(yàn),因?yàn)樗鼈兛梢哉{(diào)整以改變激發(fā)激光波長,而無需使用設(shè)計(jì)用于單個(gè)激光激發(fā)波長的外部濾波器。它們還允許觀察能量 <100cm-1 的信號(hào),這對(duì)于研究 TMD 的層間相互作用非常重要,但無法使用標(biāo)準(zhǔn)拉曼濾波器進(jìn)行觀察。
當(dāng)掃描層內(nèi)激子共振的激發(fā)能時(shí),研究人員觀察到只能通過層內(nèi)和層間激子態(tài)的雜化來解釋的譜線。他們可以證明共振拉曼是表征相互作用和量化雜交特性的良好工具。此外,相互作用取決于層之間的扭轉(zhuǎn)角度。因此,研究人員希望他們的研究結(jié)果能夠帶來設(shè)計(jì)二維材料光電器件的新方法。他們還看到了量子技術(shù)和量子信息處理中的潛在應(yīng)用,其中混合激子可以成為 q 位態(tài)的基礎(chǔ)。
審核編輯 黃宇
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