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段鑲鋒&黃昱Nat. Synth.：光學(xué)性能提高超400倍！

來源：時(shí)間：2023-10-18 09:21:09 瀏覽：1155次

第一作者：Boxuan Zhou\Jingyuan Zhou

通訊作者：段鑲鋒教授、黃昱教授

通訊單位：美國加州大學(xué)洛杉磯分校

DOI: 10.1038/s44160-023-00396-2

研究背景

二硫化鉬（MoS₂）具有明顯的層依賴物理性質(zhì)，是一種廣泛研究的二維（2D）層狀半導(dǎo)體。單層MoS₂具有直接帶隙，使得其具有強(qiáng)的光-物質(zhì)相互作用；而多層MoS₂是間接帶隙半導(dǎo)體，呈現(xiàn)光學(xué)惰性。因此，需要找多層MoS₂層間到去耦合的方法，以生產(chǎn)具有單層MoS₂特性的塊狀單層材料?；诖?，美國加州大學(xué)洛杉磯分校段鑲鋒教授和黃昱教授等人報(bào)道了一種化學(xué)脫摻雜策略來調(diào)控分子插入MoS₂中的電子密度，從而保留單層半導(dǎo)體特性。通過在電化學(xué)插入過程中引入聚乙烯吡咯烷酮-溴絡(luò)合物，在去耦合層間相互作用和降低電子濃度的情況下，可以產(chǎn)生體單層MoS₂薄膜。該研究為大面積MoS₂薄膜制備開辟了一條道路，為基礎(chǔ)光物理研究和可擴(kuò)展的光電應(yīng)用提供了一個(gè)有吸引力的材料平臺(tái)。

文章要點(diǎn)

1.本研究報(bào)告了一種化學(xué)脫摻雜的方法來調(diào)節(jié)分子陽離子插層MoS₂中的電子摻雜，并制備出具有單層半導(dǎo)體特性的大塊單層MoS₂（BM-MoS₂）薄膜。

2.研究者通過在電化學(xué)插層中引入聚乙烯吡咯烷酮-溴絡(luò)合物（PVP-Br₂），來消除MoS₂在電化學(xué)插層過程多余電子，從而制備具有去耦合層間相互作用和降低電子濃度的體相單層BM-MoS₂薄膜。

3. 所得薄膜表現(xiàn)出較強(qiáng)的激子發(fā)射，分別比剝離后的單層和多層材料強(qiáng)20倍和超400倍，具有高谷極化和增強(qiáng)的光電響應(yīng)。

圖文展示

圖1.分子插層和電子摻雜控制原理圖

圖2.結(jié)構(gòu)表征

圖3.PVP-Br₂處理BM-MoS₂薄膜的去電子摻雜機(jī)理

圖4.可控電子摻雜BM-MoS₂的光譜研究

圖5.圓偏振分辨PL測(cè)量

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