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[實驗室] 半導體所在二維GeSe的偏振光學特性研究中獲進展

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發表于 2017-12-6 10:25:02 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
文章來源:半導體研究所

  光在傳播過程中振動方向對于傳播方向的不對稱性叫做偏振,偏振是光作為電磁波的重要特征之一。偏振光探測在線性偏光鏡(LPL)、偏振遙感以及醫療診斷治療等方面已展現出廣泛的應用前景。目前,對可見波段的偏振檢測研究已比較普及,而對其它特殊波段的偏振探測有待進一步探索。近日,中國科學院半導體研究所超晶格室研究員李京波、魏鐘鳴,與天津大學教授胡文平合作,圍繞二維GeSe材料在短波近紅外波段(700-1100 nm)的偏振光探測取得新進展。

  GeSe是一種典型的二元IV-VI硫族化合物,研究顯示,GeSe是以高度各向異性的層狀正交晶系方式結晶(空間群Pcmn- ,比黑磷的空間群Bmab- 對稱性低)。此外,GeSe的帶隙范圍為1.1-1.2eV,使其適用的二向色性波段分布在1100nm波段以內(可見/短波近紅外波段)。在靠近帶邊處,高態密度直接導致高吸收系數。鑒于上述特性,GeSe在面內各向異性等方面的獨特性質有待研究,來實現其在可見/短波近紅外波段光偏振探測方面的應用。

  在此背景下,該研究團隊利用GeSe材料高蒸氣壓的特點,采用真空氣相沉積法,獲得了高質量的GeSe層狀單晶。通過XRD以及TEM表征,證實獲得的二維GeSe納米片具有很高的結晶度。同時,通過拉曼光譜、光吸收譜和光探測器件研究,系統分析了GeSe在晶格振動以及光學方面的各向異性(如圖)。由于GeSe的幾個典型的拉曼振動模的強度隨著入射光和散射光的偏振方向以及樣品的夾角而變化,拉曼光譜檢測為GeSe晶向的確定提供了快速簡便的方法。在光學方面,GeSe的各向異性體現在偏振度可分辨的光吸收譜和光電流譜等方面,在532nm激光波長下二向色性比為1.09,在638nm下為1.44,在808nm下為2.16,與吸收譜測試結果基本符合(對應的各向異性吸收比分別是1.09,1.26,3.02),這兩種測試方法系統地確定了GeSe最佳的各向異性的光響應在808nm波長附近。結合理論計算的佐證,系統探測顯示8-16nm厚度的GeSe有助于實現最優質的光探測結果。該研究成果顯示出,二維GeSe在線偏振探測領域有潛在的應用價值。

  相關研究成果近期發表在Journal of the American Chemical Society上。研究工作得到中科院和國家自然科學基金委員會的資助。


由GeSe低晶格對稱性導致的角度依賴各向異性拉曼信號和808nm激光下的探測性能。

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