二维金属硫化物超快动力学的应力调控研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:flyliubo
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
二维(2D)材料被《科学美国人》在2016年评为十大新兴科技之一。这个材料体系中的每一种材料都拥有原子级的厚度和奇异的光电特质。它们主要包括石墨烯,六角氮化硼,过渡金属硫族化合物和黑磷等。其中,单层半导体过渡金属硫族化合物(TMD)的直接带隙往往位于从可见到近红外光区,并且与光有强烈的相互作用。由这些原子级厚度的二维材料构成的范德瓦尔斯(vd W)异质结,因其特别适合纳米尺度柔性电子和光电子学器件的应用,近年来倍受关注,并有望改变整个半导体科技的格局。在这些柔性材料的实际应用中,不可避免地会因为被弯曲而引入应力。研究在不同应力下2D-TMD及其异质结构的载流子的动力学过程受到了科研工作者们的重视。通过已经报道的研究表明,2D-TMD的机械应变会改变材料的晶格常数,导致晶格对称性的降低,同时电子能带结构也会发生显著变化。因此,应变调控成为了调节2D-TMD电子和光学特性的有力手段。本文运用超快光谱学技术对化学气相合成法(CVD)生长,并转移在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底上的单层WSe2薄膜和WSe2/MoS2异质结在不同拉伸应力作用下的载流子动力学行为进行研究。主要内容如下:(1)研究了单层WSe2中载流子动力学过程随应力的演化过程。除了讨论激子载流子行为,我们探测到纯电子的动力学行为,并且还找到了单层WSe2的载流子动力学行为中含有间接带隙动力学过程的证据。在A激子的动力学行为中,我们探测到明显的载流子布居增加引起的动力学信号,并且它的时间常数与热激子在KC谷内冷却弛豫的时间接近。通过对激子动力学过程的分析,我们认为这种载流子布居的增加来自KC谷中热电子冷却弛豫过程中伴随的从KC谷到TC谷的谷间电荷转移。后续的热激子弛豫动力学行为表现出与光学声子和声学声子耦合的差异。对应B激子动力学行为的探测反映了KC谷中纯热电子的冷却弛豫过程。通过其弛豫寿命与泵浦功率的依赖关系,我们认为热电子与声学声子的相互作用可能在弛豫过程中占主导地位。而其动力学过程的时间常数随拉伸应力的增加而变小,可能表明了电子的驰豫速度加快。(2)研究了特定拉伸应力对WSe2/MoS2异质结载流子动力学过程的影响。我们采用窄带泵浦光选择性激发WSe2A激子跃迁,超宽带光探测MoS2 A激子跃迁。获得WSe2/MoS2异质结中从WSe2到MoS2的电子转移信号。通过提取MoS2 A激子弛豫曲线做拟合分析,可以得到三个动力学过程。分别对应层间电子转移(70fs左右)、亚皮秒(0.5ps)热电子快速冷却(或层间激子的形成)以及无辐射电子-空穴(e-h)复合过程(100ps左右)。研究发现,随着所施加特定拉伸应力的增加,电子转移过程和无辐射电子-空穴复合过程的时间延长。研究表明拉伸应变降低了电子-声子耦合强度,从而抑制了电子转移和非辐射电子-空穴复合动力学过程。同时发现,热电子冷却以及紧密结合的层间激子形成寿命对拉伸应变的增加不敏感,这可能与所施加的拉伸应力导致的电-声子耦合变化有关。
其他文献
电化学发光单元(Light-emitting electrochemical cells,LECs)是一类特殊的发光器件,相比于传统的发光二极管(Light-emitting diodes,LEDs)具有如下优点:器件结构简单,对电极功函数不敏感,可以选取对空气稳定的金属材料作为电极,成本低;同时由于结构简单可以在活性发光层内原位形成p-i-n结,有利于研究发光活性材料在发光过程中的物理机制。钙钛
学位
为了响应“碳中和、碳达峰”发展,国家逐渐将能源开采转向海上风能。海上风电安装平台是海上风能开采的重要工具之一,其桩腿是支撑海上风电安装平台的重要结构。然而桩腿时常处于海浪冲击和海水腐蚀等恶劣环境中,极易造成桩腿损坏和腐蚀。但桩腿的更换需要耗费大量的人力物力和时间成本,为了节约成本和提高工作效率,一般采用修复技术对失效零件进行修复再制造。而传统的修复技术如电弧焊接、激光熔覆和电刷镀等往往存在一些气孔
学位
有机太阳能电池凭借其质量轻、易量制、绿色环保等特性,在近十年迅速发展。合成新材料、优化界面修饰层、三元策略、串联电池等均为提升有机太阳能电池光电转换效率的常见方式。本文首先选用了新型高效有机材料制备体异质结有机太阳能电池,优化工艺,制备最佳器件,然后筛选第三组份构建三元有机太阳能电池,并测试、表征器件的光电性能。其次,研究空穴传输层的改善对有机光伏器件的影响,探索提升有机太阳能电池光电转换效率的途
学位
随着人类社会的进步和经济的快速发展,对能源的需求也愈加强烈。锂电池是目前极为重要的储能器件,具有高容量、高功率密度、长寿命、可靠安全等优点。负极材料是锂离子电池系统中的重要成员,在很大程度上会影响锂电池的整体性能,目前市场广泛应用的是石墨材料,储能潜力已几乎接近其理论比容量(372 m Ah g-1),所以开发出含有更高比容量的负极材料刻不容缓。硅负极材料的储锂性能优越,理论比容量高达4200 m
学位
在仿生功能界面材料领域,超疏水材料因其广泛的应用潜力备受科学家们的关注,未来将在家用产品、交通工具、服装、电子设备、航空工业等领域发挥重要作用。由于超疏水表面的纳米结构十分脆弱,如何开发一种耐磨损、抗紫外线、耐高温、化学稳定性优秀的超疏水涂层成为了目前研究的主要方向。迄今为止,超疏水涂层的制造方法包括浸泡法、化学气相沉积法、电化学沉积法、溶胶-凝胶法、激光法和电火花加工法等。电火花加工法对材料硬度
学位
随着组织工程的不断发展,生物支架的制备也显得越发重要。因为组织工程支架能够根据目标的需求从结构和成分上进行高度模拟,为种子细胞的增殖生长提供一个临时基质,并且能将细胞顺利的运送到人体内部特定的部位。而现有的技术在高性能生物支架制造方面依然存在难以克服的问题。因此,本文采用静电纺丝技术制备一种三维多孔生物支架。通过系列实验,揭示了主要工艺参数对高性能生物支架制备的影响和规律,并得到了多孔聚乳酸(PL
学位
目前我国的高铁运行里程和运行速度位居世界第一,其中约80%的轨道服役时间已超过两年,受环境和列车运行状况的影响,轨道裂纹的产生不可避免。轨道缺陷无损检测方法,包括涡流检测、电磁检测、超声检测、视觉检测等,其中超声检测由于检测深度大、性价比高、操作简单等而受到广泛应用。当前钢轨的超声检测主要是通过扫查方式实现钢轨不同位置的缺陷检测,检测效率低且无法实现长期在线监测。超声导波由于具有传播速度快、覆盖范
学位
金属卤化物钙钛矿型量子点由于其独特的光学性能,在发光领域引起了广泛关注。近年来,钙钛矿型纳米晶体作为一种具有广泛应用前景的非线性光学材料,在显示、光电检测、太阳能电池和激光器等领域拥有广阔的前景。为了改善金属卤化物钙钛矿型量子点的性能,人们最近提出了许多策略。钙钛矿结构有着很好的容忍性,因此,离子掺杂是改善钙钛矿量子点发光性能的策略之一,此外,后处理也是改善钙钛矿量子点光学性能的有效策略,通过配体
学位
随着电子信息技术的进步,传统电子器件已经无法满足人们对微型设备的追求,人们对具有特殊物理化学性质的材料越来越感兴趣,一些多功能材料被提出和研究。人们为了解决室温下铁磁性和铁电性的共存,提出了双钙钛矿型氧化物Bi2Fe Cr O6(BFCO),其独特且优异的性能吸引了大量科研工作者的关注。理论计算表明BFCO在室温下具有80μC/cm~2的铁电极化强度以及饱和磁化强度约2μB/f.u.(约160em
学位
微纳光栅是光学系统中非常基本的周期性光学元件,在各种微纳光学器件中具有非常广泛的应用。随着微纳光学和集成电路的发展,光栅逐渐与其他光学元件相结合,做成片上高精密光学器件。这也要求微纳光栅更加小型化、高精密、性能强大和易于制作。本文基于严格耦合波理论、模态法和有限元理论对微纳光栅进行一些开发。主要研究内容如下:(1)针对光栅性能稳定的问题,设计了一种二次布拉格角入射下的带有覆盖层单通道衍射光栅,该光
学位