动应变作用下二硫化钼材料的光学性能调控

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wjkylin
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二维原子晶体材料由于具有出色的优于体相的电学、光学、力学和热学等性能,在科学界引起了广泛的关注和研究兴趣,被认为有望应用于先进光电晶体管、太阳能电池、柔性微型传感器、信息存储等领域。在TMDCs材料中存在着强烈的层数依赖的带隙调控特性,由此可以构筑高效可逆的可调控型光电系统。此前研究表明,带隙的改变直接暗示了材料内部多体准粒子行为的变化且通过控制温度、介电环境、掺杂浓度等其它因素可调节材料内部激子密度和准粒子类型。声波驱动作为近年发展起来的一种高效调制技术,已被用于调制二维材料的电学、光学和磁性等诸多物理性质。然而,声激励下二维材料中层相关的激子行为尚未有相关理论和实验报道。因此,本论文率先开展MoS2材料中层相关的激子动力学调制及相关机理研究,并发现奇数层和偶数层的激子行为存在着显著的差异。主要的研究工作和创新性如下:1)高质量MoS2薄膜的层数鉴定与修正型金辅助剥离法可控制备探究。微机械剥离法制备出具有优异的表面平整度、清洁度且无晶格缺陷的样品并采用互补的多技术方法表征鉴定层数。创新性地改进金辅助剥离工艺将附着MoS2样品的胶带固定以减弱辅助剥离流程中不可避免的引入应力而导致薄膜破碎化现象;此外,在除去金膜的过程中刻蚀剂的浓度对薄膜质量有至关重要影响。2)倚重实验与理论相结合探究声波频率与振动模式对单层MoS2薄膜的光学调制影响。用阻抗分析仪测试一系列压电陶瓷片的固有性能参数并对COMSOL仿真软件理论计算得到两种振动模式陶瓷片的表面声压和谐振频率进行例证。利用原位激光共焦荧光光谱技术对单层MoS2在径向和纵向声驱动下的光响应进行了测试分析。从调制效果来看:较高频率波提供的更高能量密度与较小尺寸的声诱导势阱会导致调制效应显著增强;且沿厚度方向传播的纵向声波由于耦合层的吸振影响其调制效果普遍弱于径向振动模式声波。3)声驱动下二维MoS2层数依赖的激子特性调制。采用径向振动频率为200 k Hz的高频声场作为激励源并对获得的光致发光谱进行高斯分峰处理,系统发现激子特性强烈地依赖于MoS2的层数:声激励下具有本征压电性的奇数层的荧光淬灭度显著大于无压电性的偶数层;伴随着奇数层的峰位发生缓慢蓝移,而偶数层峰位则基本保持不变。进而,测试了含时、沿XY方向的发光面扫光谱以及拉曼光谱对以上结论进行深入补充例证。最后,引入RQ淬灭度理论公式拟合相关实验数据观察到实验结果与理论预测完美重合。理论分析表明:声驱动下中性激子的解离会在奇偶层中共同发生,而压电性导致的三离子的电离则是造成奇偶层差异的主要因素。该研究发现为构筑新型动态调制先进电子系统奠定坚实的基础。
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