利用石墨烯量子点实现二硫化钼单层的光致荧光调控

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GQD/MoS2异质结材料中的等离激元界面电荷转移过程以及荧光光谱的动态调控

低维纳米材料由于其在发光和电子输运等方面有着丰富的物理特性,得到了国内外研究人员的广泛关注,是近年来国际上的研究热点。北京大学物理学院方哲宇课题组利用石墨烯量子点(GQDs)等离激元实现了对单层MoS2的高效电荷掺杂以及发光光谱的动态调控,该研究成果近期发表在《Advanced Materials》上(Adv. Mater., 2015, doi: 10.1002/adma.201501888 )。

单层MoS2是一种直接带隙半导体材料,具有较高的光致荧光(PL)发光效率。GQD等离激元的电掺杂效应可以调控单层MoS2中的激子和三激子复合发光,使其PL谱发生红移。近期已有利用电致掺杂、化学分子掺杂MoS2单层的报道,但仍存在掺杂不易调控、掺杂效率不高等问题,方哲宇等人创新性的制备GQD/MoS2异质结结构,利用石墨烯量子点的等离激元隧穿效应,实现了一种新的高效光控界面掺杂,并通过拉曼光谱和荧光光谱对其进行了表征和分析,发现掺杂可以对MoS2单层的谷偏振度进行有效调控。这项研究解释了碳基量子点材料和二维材料界面电荷转移过程,为新型低维异质结材料在生物医学传感、微纳电子器件等领域的应用提供了新思路。

近年来,方哲宇课题组在表面等离激元和新型二维材料结合方面取得了系列研究成果,如利用等离激元热电子实现MoS2单层局域结构相变的调控(Adv. Mater. 2014);石墨烯纳米结构的局域等离激元共振(Nano Lett,2014;ACS Nano,2013);石墨烯-光学天线的光电增强探测(Nano Lett, 2012)及光控石墨烯的电致掺杂(ACS Nano, 2012),以及等离激元热效应增强二维材料的光催化过程(Nano Lett, 2013;Adv. Mater., 2013)等等。

美国Rice大学James Tour教授为该工作提供了高质量的石墨烯量子点。这项研究得到科技部重大科学研究计划(973项目)、国家自然科学优秀青年基金、全国优秀博士学位论文基金、人工微结构和介观物理国家重点实验室、以及2011量子物质科学协同创新中心的资助。