近期,安徽大學(xué)物理與光電工程學(xué)院/信息材料與智能感知安徽省實(shí)驗(yàn)室張瑞課題組利用掃描隧道顯微鏡誘導(dǎo)發(fā)光(STML)實(shí)驗(yàn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了二維半導(dǎo)體—單層WSe2—谷激子發(fā)光光譜空間高分辨檢測(cè)以及旋光性的調(diào)節(jié)。相關(guān)研究成果以“Imaging Valley Excitons in a 2D Semiconductor with Scanning Tunneling Microscope-Induced Luminescence”為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊ACS Nano上。
單層WSe2因其顯著的激子效應(yīng)與谷自旋極化特性,在谷電子學(xué)和光操縱電子自旋研究中被廣泛應(yīng)用。這些特性通常會(huì)受晶格缺陷和局域環(huán)境變化而發(fā)生顯著改變。表征這些局域激子特性需要在原子尺寸上實(shí)現(xiàn)原子、電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的關(guān)聯(lián)表征與分析。STML實(shí)驗(yàn)技術(shù)能夠?qū)Σ牧系木Ц窠Y(jié)構(gòu)、電子態(tài)、發(fā)光光譜進(jìn)行原位測(cè)量,但通常要求樣品兼具良好的導(dǎo)電性和電子脫耦合特性。這也是當(dāng)前二維材料STML實(shí)驗(yàn)研究的難點(diǎn)。
研究人員利用超薄六方氮化硼(hBN)介電材料在金襯底表面構(gòu)建WSe2/hBN-WSe2/Au橫向輸運(yùn)結(jié),既抑制了WSe2與導(dǎo)電襯底之間的界面電子耦合以及熒光淬滅,又滿(mǎn)足了導(dǎo)電性需求,成功實(shí)現(xiàn)了單層WSe2谷激子態(tài)的高效激發(fā)和發(fā)光光譜表征。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),WSe2谷激子的STM電致發(fā)光表現(xiàn)出電壓/電場(chǎng)可調(diào)的旋轉(zhuǎn)偏振特性。進(jìn)一步利用STML光子成像以及空間高分辨光譜技術(shù),在亞納米尺度上觀測(cè)了納米缺陷與襯底(介電)環(huán)境引起的激子發(fā)光抑制和激子束縛現(xiàn)象。該工作為原子尺度上研究和調(diào)控低維材料光電性質(zhì)、光與物質(zhì)相互作用提供了新思路。
安徽大學(xué)物理與光電工程學(xué)院研究生耿海瑞、湯杰、以及博士后吳彥瑋為該論文共同第一作者,張瑞教授為通訊作者,安徽大學(xué)為第一/唯一通訊單位。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、安徽省留學(xué)回國(guó)人員擇優(yōu)項(xiàng)目、安徽大學(xué)啟動(dòng)資金項(xiàng)目的支持。
圖:STML實(shí)驗(yàn)示意圖(左),左、右旋圓偏振的STML光譜(中),
激子發(fā)光實(shí)空間成像圖與樣品形貌圖對(duì)比(右)
新聞鏈接:http://www.ahu.edu.cn/2024/0313/c15059a331130/page.htm
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