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激光辐照热变形和形状变化改性多层 MoS 2的光学性能

2024-05-19 23:53:04  来源:激光网    

原子和分子二维材料因其在科学和应用中的根本重要性而被广泛研究。在二维材料中,过渡金属二硫属化物如MoS 2和MoSe 2最近受到广泛关注,因为这些材料表现出层数依赖的光学和电学性质。这些特性与材料的能带结构密切相关,而能带结构取决于层数。例如,单层MoS 2表现出直接带隙跃迁,而多层MoS 2表现出间接跃迁。多层MoS 2的带隙能量随着层数的减少而增加。

除了带隙能量的可调性之外,MoS 2薄膜还表现出高电迁移率和机械柔性,有望用于电场晶体管、光电探测器等。多层MoS 2是一种间接带隙半导体,因此光致发光(PL)量子产率和电导率较低,而吸收和机械性能对层数不太敏感,与单层相比具有更好的重现性和稳定性和双层 MoS2 。迄今为止,单层和块状MoS 2已被广泛研究。然而,多层MoS 2少于20层的研究相对较少。多层MoS 2在1.8 eV和2.0 eV附近显示出两个激子峰,分别称为A带和B带。这些能带源自第一布里渊区 K 点附近的直接带隙跃迁,并由于自旋轨道相互作用而分裂。

除了 A 和 B 能带之外,多层 MoS 2显示了另一个接近 1.4 eV 的发射带,分配给导带中的 Λ 点和平衡带中的 Л 点之间的间接(表示为 I)带间跃迁。MoS 2的PL特性取决于层数、结构阻力、温度和掺杂。要了解基本特性并为各种应用(例如光子和电器件)设计多层 MoS 2 ,详细了解 PL 特性是必不可少的。为了激发 PL,通常使用强光源,例如激光。入射光子的吸收导致温度升高以及薄膜变形。最近,薄膜的激光减薄和加工已被报道。多层MoS 2的PL特性应取决于温度的升高和样品中缺陷的存在。因此,深入了解多层MoS在不同激发功率下的PL特性非常重要。

在本研究中,我们研究了多层 MoS 2在不同温度和入射功率下的光学特性,以揭示多层 MoS 2的温度和结构相关的 PL 特性。激光照射后,我们发现 I 波段分裂以及 A 波段和 I 波段 PL 强度比的变化。在高温下多层MoS 2也观察到PL带强度的分裂和变化。我们从这些观察结果中发现,入射功率相关的 PL 特性源于薄膜的温度升高和/或结构变形。

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