表面等离激元动态调控二硫化钼单层光学特性

继石墨烯后,二硫化钼单层作为一种新型二维平面材料,因其独特的光电性质受到了广泛关注。更有趣的是,不同形态的MoS2呈现出迥然相异的特性,在电学、光学、化学等领域有着不同的应用。因此,MoS2的多态相变成为了近年来国际前沿研究的热点。2H态的MoS2,具有1.8eV带隙,是一种直接带隙半导体,而1T态的MoS2呈现金属性,因此2H态与1T态的互逆转变将有望应用于异质结、光电晶体管等电子元器件的研发,以及实现对光致荧光信号的动态调控。此外,1T态的MoS2是一种极好的催化剂,2H1T态的高效转变,势必将助力于新能源——H2的制备。然而,由于MoS2单层的尺寸效应、缺陷效应、边缘效应等,MoS2结构相变问题成为目前面临的重大挑战。液相剥离法、退火法、Re原子掺杂法等均操作复杂、过程缓慢、可控性差,而且不具备动态可逆性。于是,寻找一种便携、快速、可控、可逆的相变方法成为二维平面材料MoS2领域重要的研究课题之一。

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基于这一努力,北京大学物理学院方哲宇研究员及其美国莱斯大学(Rice University)合作者利用表面等离激元成功实现了MoS2单层的结构相变,并在光学动态调控方面取得新进展他们利用表面等离激元在衰减过程中产生的热电子成功实现了MoS2单层局域2H1T的可逆可控结构相变,采用超高真空拉曼光谱和光致荧光谱对其进行了表征和分析,并通过对入射光功率、样品面积以及激光波长的选择控制,实现了对光致荧光信号的动态调控。表面等离激元热电子诱导MoS2结构相变的发现,为新型二维材料等离激元光电器件的研究提供了新的思路。

该工作得到了科技部国家重大科学研究计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、人工微结构和介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同创新中心的资助。