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【论文】谭平恒:二维材料层数相关的光学性质及厚度确定

更新时间  2021-12-25 00:34 阅读
本文摘要:二维材料的平面内化学键十分强劲,而两层以上二维材料的层间相互作用则十分很弱,一般为范德瓦尔斯相互作用。这使得二维材料可以通过机械挤压方法从其适当体材料制取而出。多层二维材料有可能有多种层间堆垛方式,例如石墨烯不存在AB,ABC甚至转角的堆垛方式。二维材料按照晶格结果或堆垛方式又可以区分为各向同性(以石墨烯,TMDs,h-BN为代表)和各向异性(以ReS2和黑磷为代表)二维材料。

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二维材料的平面内化学键十分强劲,而两层以上二维材料的层间相互作用则十分很弱,一般为范德瓦尔斯相互作用。这使得二维材料可以通过机械挤压方法从其适当体材料制取而出。多层二维材料有可能有多种层间堆垛方式,例如石墨烯不存在AB,ABC甚至转角的堆垛方式。二维材料按照晶格结果或堆垛方式又可以区分为各向同性(以石墨烯,TMDs,h-BN为代表)和各向异性(以ReS2和黑磷为代表)二维材料。

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两种或多种性质相近的二维材料还可以构成二维合金材料(以TMDs合金为代表),甚至还可以通过人为方式按照一定序列将有所不同二维材料使用水平或横向方式装配构成二维异质结构。以上所有这些材料和结构的能带结构和光学性质都会随着层数或者厚度的转变而贞着地再次发生转变,并且厚度是不倒数的。二维材料的光学性质随层数的变化规律可以通过各种光学方法观测,例如光学衬度序、瑞利散射、纳曼光谱、光吸收序、光致发光序和二次谐波产生等。

随着二维材料层数的减少,这些光谱的峰位、强度、线宽或者线型可能会再次发生贞着转变,或者经常出现一些新的光学特征。利用这些光谱特征信息随层数的变化规律,可以对二维材料的厚度甚至堆垛方式等展开辨别。最近,中国科学院半导体研究所谭平恒研究组不受《先进设备功能材料》(AdvancedFunctionalMaterials)邀,编写了关于二维材料层数涉及的光学性质及其在厚度确认方面的综述论文,早已在线公开发表。李晓莉、韩文鹏和吴江斌为该论文的联合第一作者。

在该综述文章中,作者系统地讲解了如何利用光学衬度序确认石墨烯薄膜的层数,阐释了合理自由选择显微镜物镜数值孔径和衬底二氧化硅厚度的重要性;讲解了利用瑞利散射衬度可以明晰地辨别CVD制取石墨烯薄膜的有所不同层数;接着重点讲解了利用二维材料的高频和低频拉曼序和衬底材料的纳曼光谱来确认二维材料的层数;然后讲解了使用光吸收序、光致发光序和二次谐波产生等方法确认二维材料的层数。该综述详尽地总结了六种少见光学技术所观测的几种典型二维材料所具备的层数涉及的物理性质,并且阐述了如何利用这些物理性质较慢可用地检测二维材料薄片的厚度。这种方法可以扩展到由微机械挤压法、化学气相沉积方法生产或移往制取以及其它方法制取的二维材料薄片,并在二维材料薄片的厚度密切相关和国际标准创建之间架起了桥梁,对专门从事二维材料研究和应用于的科研和企事业人员都具备最重要的参考价值。


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