二維材料層的共振拉曼光譜

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)能量與電子能級之間的躍遷能量產(chǎn)生或接近共振。共振效應(yīng)通常會導(dǎo)致拉曼散射信號大幅增加，而拉曼散射信號通常是選擇性的，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)，同時控制光偏振，這有助于消除樣品中不需要的發(fā)光信號。在TriVista 三級光譜儀中分析拉曼信號。多級系統(tǒng)特別適合共振拉曼實驗，因為它們可以調(diào)整以改變激發(fā)激光波長，而無需使用設(shè)計用于單個激光激發(fā)波長的外部濾波器。它們還允許觀察能量 <100cm-1 的信號，這對于研究 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，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