本報(bào)訊（記者黃辛）復(fù)旦大學(xué)教授晏湖根課題組采用改進(jìn)的機(jī)械剝離法，制備出面積相對(duì)較大（400—10000平方微米）的少層黑磷，并對(duì)其進(jìn)行紅外光譜學(xué)表征，系統(tǒng)、深入地研究了2~15層（厚度1到8納米）黑磷的能帶結(jié)構(gòu)隨著層數(shù)變化的演化規(guī)律，并且成功實(shí)現(xiàn)能帶的應(yīng)力調(diào)控。近日，相關(guān)研究發(fā)表于《自然—通訊》。據(jù)悉，這項(xiàng)工作是國(guó)際上首次對(duì)少層黑磷的紅外光譜表征。
理論計(jì)算表明，不論多少層黑磷，都是直接帶隙半導(dǎo)體，而且隨著層數(shù)變化，黑磷的帶隙可以在很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)黑磷從體材料減薄至單層時(shí)，帶隙覆蓋了從可見(jiàn)光到中紅外的光譜區(qū)域，正好填補(bǔ)了石墨烯（零帶隙）和過(guò)渡金屬硫化物（可見(jiàn)光/近紅外帶隙）之間的空白。
研究表明，紅外光譜可以通過(guò)非破壞的測(cè)量方式，準(zhǔn)確、方便地確定黑磷的層數(shù)和晶體方向。此外，該課題組通過(guò)施加單軸應(yīng)力調(diào)控了黑磷的能帶結(jié)構(gòu)。以6層黑磷為例，1%的單軸應(yīng)力可以使其帶隙變化幅度達(dá)23%，這一結(jié)果預(yù)示著黑磷在應(yīng)力傳感領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
同時(shí)，研究人員還觀測(cè)到少層黑磷在理論上禁止的紅外躍遷，這些躍遷雖然較弱，但仍然能夠提供很多關(guān)于能帶結(jié)構(gòu)的重要信息，比如導(dǎo)帶和價(jià)帶的非對(duì)稱性和載流子的屬性等。
專(zhuān)家表示，這項(xiàng)研究成果為少層黑磷在紅外探測(cè)器、調(diào)制器以及應(yīng)力傳感器方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，揭示了黑磷在中、長(zhǎng)波紅外探測(cè)器產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的巨大潛力。
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