二维材料层的共振拉曼光谱

 

拉曼光谱一直是表征石墨烯、六方氮化硼或过渡金属二硫属化物 (TMD) 等二维材料的最重要的测量技术之一。分析其拉曼光谱可以揭示有关层数、电荷掺杂或应力和应变状态的信息。二维材料还可以轻松堆叠成更复杂的结构。这些所谓的范德华异质结构具有新的物理特性，是利用二维材料构建新型光电器件的基础。事实证明，不仅异质结构中材料的顺序很重要。

英国南安普顿大学的利亚姆·麦克唐纳和大卫·史密斯及其同事对扭曲范德华异质结构的物理学感兴趣。他们利用共振拉曼散射来揭示 MoSe2 和 WSe2 TMD 层中有趣的物理现象，并表征层之间的相互作用。在共振拉曼光谱中，激光的激发能量与电子能级之间的跃迁能量产生或接近共振。共振效应通常会导致拉曼散射信号大幅增加，而拉曼散射信号通常是选择性的，因此只有一些拉曼线得到增强。在 TMD 共振中，拉曼已被证明是暗激子态的探针，暗激子态在 PL 光谱中不可见，但与振动声子模式耦合。

研究人员在最近的文章中表明，共振拉曼是测量 TMD 层之间相互作用的良好工具。为了激发拉曼光谱，他们使用可调谐 Ti:Sapph (1.24eV -1.77eV) 和染料激光器 (1.74eV – 2.27eV)，同时控制光偏振，这有助于消除样品中不需要的发光信号。在TriVista 三级光谱仪中分析拉曼信号。多级系统特别适合共振拉曼实验，因为它们可以调整以改变激发激光波长，而无需使用设计用于单个激光激发波长的外部滤波器。它们还允许观察能量 <100cm-1 的信号，这对于研究 TMD 的层间相互作用非常重要，但无法使用标准拉曼滤波器进行观察。

当扫描层内激子共振的激发能时，研究人员观察到只能通过层内和层间激子态的杂化来解释的谱线。他们可以证明共振拉曼是表征相互作用和量化杂交特性的良好工具。此外，相互作用取决于层之间的扭转角度。因此，研究人员希望他们的研究结果能够带来设计二维材料光电器件的新方法。他们还看到了量子技术和量子信息处理中的潜在应用，其中混合激子可以成为 q 位态的基础。

审核编辑 黄宇