Advanced Optical Materials:二维硒化亚锗的面内光学各向异性研究

光学各向异性是构建传统光学元件如偏振片、波片的基本要素。材料的光学各向异性可通过不同晶向折射率(n + ik)的实部及虚部之差来定量评估,其中实部之差(Δn)对应的是双折射性质,虚部之差(Δk)对应的是二色性。传统的层状材料如石墨和过渡金属硫族化合物虽然因其强的面内共价键作用和弱的面间范德瓦尔斯力作用而表现出明显的光学各向异性,但其较薄的厚度限制了其面内外光学各向异性的研究与应用。

近年来,硒化亚锗(GeSe)凭借其合适的带隙(1.14 eV)、高吸收系数(~105 cm-1)、原料储量丰度、绿色低毒等特点被认为是太阳能电池和光电探测器的理想吸光材料。此外,由于该材料具有类黑磷的低对称结构,从而呈现出显著的面内各向异性。但目前关于GeSe面内光学各向异性的研究仅限于光学吸收等基本性质的初步表征,其系统的光学向异性研究以及导致这一特性的深层次原因目前尚未见报道。

近期,中国科学院化学研究所胡劲松/薛丁江课题组与合作者们一起系统研究了二维GeSe的面内光学各向异性。通过角分辨光电子能谱(ARPES)首次从实验上证明了二维GeSe面内能带结构的各向异性,并且与理论计算结果高度一致。同时,结合费米黄金定则,深入解释了该材料面内光学各向异性的起源。理论计算结果表明,GeSe沿着面内两个晶向具有不同的吸收、反射、折射等光学性质。通过反射差分谱和偏光显微镜进一步地从实验上证实了其反射率和折射率的面内各向异性。最后,基于GeSe光学吸收的面内各向异性,该材料在近红外波段(830nm)展现出优异的偏振光探测性能。

此工作系统研究了二维GeSe的面内光学各向异性,对该材料在光电领域中的进一步深入应用具有一定的指导意义。本工作发表在Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201801311)上,第一作者为博士研究生杨雨思。

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