教育裝備采購網(wǎng)作者：Quantum量子科學(xué)儀器貿(mào)易（北京）有限公司 責(zé)任編輯：逯紅棟 

基于二維材料的范德瓦爾斯界面在光電子器件領(lǐng)域具有廣泛的發(fā)展前景，不同材料組成的界面可以在很大程度上調(diào)控器件的發(fā)光光譜范圍。然而，層間堆疊方式不同帶來的晶格失配以及錯(cuò)位都會(huì)抑制電子與聲子耦合作用，影響光電器件的工作效率。近期，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的的Alberto F. Morpurgo?教授課題組在《自然-材料》雜志上發(fā)表了低溫光致發(fā)光光譜研究設(shè)計(jì)范德瓦爾斯界面的工作。通過組合導(dǎo)帶底部與價(jià)帶頂部都在Γ點(diǎn)（倒格矢空間）的二維晶體材料，形成范德瓦爾斯界面，避免了動(dòng)量失配。這樣的范德瓦爾斯界面將不受光學(xué)躍遷與晶格常數(shù)、兩層材料之間旋轉(zhuǎn)角或者晶格錯(cuò)位的影響，為基于二維原子晶體的光電子器件的發(fā)展打下了重要的基礎(chǔ)。

雙層或者多層過渡金屬硫化物（例如WS2，MoS2, MoSe2）的價(jià)帶頂部在Γ點(diǎn)，可以與導(dǎo)帶底部在Γ點(diǎn)的多層InSe材料形成范德瓦爾斯界面，該界面允許直接躍遷。通過分析光致發(fā)光光譜（PL光譜）對雙層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面的測量結(jié)果（見圖1），可以判定雙層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面的直接躍遷存在且能量為1.55eV。

圖1. (a)雙層InSe與雙層WS2的結(jié)構(gòu)示意圖。 (b)雙層InSe與雙層WS2的能帶圖。(c）溫度5K時(shí)雙層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面的光致發(fā)光光譜， 內(nèi)置圖：2L-InSe/2L-WS2光學(xué)照片。比例尺：10微米。

通過分析發(fā)光光譜隨溫度變化的數(shù)據(jù)（圖2a-b），研究者發(fā)現(xiàn)雙層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面的直接躍遷發(fā)光光譜隨溫度降低強(qiáng)度增加。該界面發(fā)光光譜隨激光強(qiáng)度增加的變化（圖2c）也表明其發(fā)光機(jī)制是直接躍遷。圖2d為6層InSe與雙層WS2界面切面SEM電鏡圖。通過分析該6層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面的切面發(fā)光光譜的旋光數(shù)據(jù)（圖2e）可直接證實(shí)該界面是直接躍遷的機(jī)制。

圖2. (a-b): 雙層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面PL光譜隨溫度變化數(shù)據(jù)圖。(c):光譜隨激發(fā)激光強(qiáng)度的變化。(d):6層InSe與雙層WS2界面切面的SEM電鏡圖。（e）6層InSe與雙層WS2界面切面處發(fā)光光譜的旋光數(shù)據(jù)圖。

研究者也分析了多層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面PL光譜（圖3a-b）以及四層InSe與多層WS2范德瓦爾斯界面PL光譜。綜合分析以上不同層數(shù)二維材料組成的范德瓦爾斯界面PL光譜的能帶圖以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，表明該不同層數(shù)二維材料組成的范德瓦爾斯界面未受到兩層材料之間旋轉(zhuǎn)角或者晶格錯(cuò)位的影響而存在層間發(fā)光光譜。

圖3.  (a) 多層InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面PL光譜數(shù)據(jù)，溫度為5K。(b): InSe與雙層WS2范德瓦爾斯界面PL光譜能量與InSe層數(shù)關(guān)系圖。(c): 四層InSe與多層WS2范德瓦爾斯界面PL光譜能量與WS2層數(shù)關(guān)系圖。

文章中，作者使用了德國attocube公司的attoDRY系列低溫恒溫器來實(shí)現(xiàn)器件在低溫條件下使用熒光光譜分析二維材料中的范德瓦爾斯界面。文章實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過合理的選擇二維材料組合成范德瓦爾斯界面，可以設(shè)計(jì)出具有很寬廣發(fā)光范圍的光電器件。

參考文獻(xiàn)：

[1]. Nicolas Ubrig? et al, Design of van der Waals interfaces for broad spectrum optoelectronics, Nature Materials,19,299–304 (2020) 

原文章鏈接：https://www.caigou.com.cn/news/2020122828.shtml

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