Фотолюминесцентная спектроскопия монослоев WS2

Дата публикации: 31.01.2021 22:00

В последнее десятилетие двумерные (2D) дихалькогениды переходных металлов (TMDC) привлекли большое внимание, потому что тот же протокол графена может быть применен к этому ламинарному соединению для легкого изготовления атомарно тонких слоев.

Свойства материалов могут кардинально измениться с уменьшением толщины 2D TMDC. Например, ширина запрещенной зоны MoS₂ изменяется с непрямой на прямую, когда 2D-кристалл истончается до монослоя. Это изменение ширины запрещенной зоны приводит к появлению множества новых свойств, таких как сильное усиление фотолюминесценции и долинная поляризация (valley polarization), уникальной спиновой текстуры, сформированной в k-пространстве зоны Бриллюэна, которые отсутствовали в мультислоях. Такая гибкость между свойствами материала и толщиной делает монослои TMDC классом популярных материалов в области 2D-материалов. Как один из типичных TMDC, монослой был многообещающим для оптических экспериментов из-за его узкой прямой запрещенной зоны и большого квантового выхода. В этой статье описываются исследования рамановской спектроскопии и свойств фотолюминесценции монослоей, проведенные группой ученых Andor.

Экспериментальная установка

Монослои были изготовлены методом химического осаждения из паровой фазы (CVD). Спектры комбинационного рассеяния света и фотолюминесценции были измерены спектрографом Andor Shamrock SR-500i-D1 и детектором Andor CCD iDus DV420A-OE как функция стробирования эффекта поля. Возбуждение осуществлялось при помощи лазера Cobalt Samba 532 нм.

Полученные результаты

На рисунке 1 показан спектр комбинационного рассеяния свежевыращенных монослоев. Пики E_2g и A_1g были идентифицированы при 348 и 415 см^-1 соответственно. Вставка на рисунке 1 отображает фотолюминесценцию слоев. Острый пик фотолюминесценции наблюдается около 632 нм. Все эти характеристики свидетельствуют о высоком качестве монослоев, выращенных методом CVD. Из исследуемых образцов был изготовлен полевой транзистор, использующий стробирование с ионной жидкостью.

Рисунок 1. Рамановский спектр монослоя. Вставка - фотолюминесценция монослоя

На высококачественных однослойных устройствах спектры фотолюминисценции с электрическим приводом при различных напряжениях вентиляции жидкости (от -6 до 3 В) тестировались при 220 К в вакууме. Как показано на рисунке 2, панели (a) и (b) соответствуют прямой и обратной развертке напряжений затвора соответственно. Зависящий от затвора сдвиг спектров дает информацию об экситоне и трионе, образованных в электрически управляемой фотолюминисценции, что дает лучшее понимание оптических свойств монослоя.

Рисунок 2. Спектры фотолюминесценции в электрическом поле, создаваемом жидкостным стробированием: (а) прямая развертка, (б) обратная развертка

Заключение

С помощью спектрометра Shamrock 500i и детектора iDus 420 CCD можно успешно охарактеризовать спектр комбинационного рассеяния и спектры фотолюминесценции монослоя в зависимости от управляющего напряжения жидкости.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Andor на территории РФ

Новые статьи

Характеристика свойств субхондральной кости человека с помощью спектроскопии в ближней инфракрасной области (БИК)

Дегенеративные заболевания суставов часто характеризуются изменениями свойств суставного хряща и субхондральной кости. Эти изменения часто связаны с толщиной субхондральной пластинки и морфологией трабекулярной кости. Таким образом, оценка целостности субхондральной кости может дать важные сведения для диагностики патологий суставов. В данном исследовании изучается потенциал оптической спектроскопии для характеристики свойств субхондральной кости человека. Образцы остеохондральной кости (n = 50 – количество образцов) были извлечены из коленного сустава трупа человека (n = 13) в четырех анатомических точках и подвергнуты БИК-спектроскопии(в ближней инфракрасной области). Затем образцы были исследованы с помощью микрокомпьютерной томографии для определения морфометрических характеристик субхондральной кости, включая: толщину пластинки (Sb.Th), толщину трабекул (Tb.Th), объемную долю (BV/TV) и индекс модели структуры (SMI). Связь между свойствами субхондральной кости и спектральными данными в 1-м (650 - 950 нм), 2-м (1100 - 1350 нм) и 3-м (1600-1870 нм) оптических окнах была исследована с помощью многомерного метода частичных наименьших квадратов (PLS) регрессии. Значимые корреляции (p < 0.0001) и относительно низкие ошибки прогнозирования были получены между спектральными данными в 1-м оптическом окне и Sb.Th (R²= 92.3%, ошибка = 7.1%), Tb.Th (R²= 88.4%, ошибка = 6.7%), BV/TV (R²= 83%, ошибка = 9.8%) и SMI (R²= 79.7%, ошибка = 10.8%). Таким образом, БИК-спектроскопия в 1-м тканевом оптическом окне способна характеризовать и оценивать свойства субхондральной кости и потенциально может быть адаптирована во время артроскопии.

Моделирование нервного волокна на основе оптического волновода

Миелинизированные аксоны являются многообещающими кандидатами для передачи нервных сигналов и света ввиду их волноводных структур. С другой стороны, с появлением таких заболеваний, как рассеянный склероз и нарушений формирования и передачи нервных сигналов из-за демиелинизации, понимание свойств миелинизированного аксона как волновода приобретает большую важность. Настоящее исследование направлено на то, чтобы показать, что профиль показателя преломления (ПП) миелинизированного аксона играет существенную роль в передаче лучей в нем.

Оптимизация обнаружения сверхслабых световых потоков

В ходе исследования, описанного в данной статье, были объединены статистическая модель, анализ шумов детектора и эксперименты по калибровке. Согласно результатам, видимый свет может быть обнаружен с помощью ПЗС камеры с электронным умножителем с соотношением сигнал/шум, равным 3, для потоков с количеством фотонов менее 30 фотонов с⁻¹ см⁻².

Диагностика импульсного плазменного потока

Импульсные плазменные потоки в плазменных ускорителях широко используются для решения ряда научных и практических задач. Особый интерес среди применений импульсных плазменных потоков представляют термоядерный синтез и астрофизические исследования, например, экспериментальное исследование взаимодействия импульсного плазменного потока с материалами.

Полные высокопроизводительные настольные системы сканирования HSI PUSH-BROOM

Применение гиперспектральной визуализации заметно расширилось за последние годы. Тем не менее, остается общая проблема, а именно: предоставление полного интегрированного решения для фиксации 2-D гиперспектральных изображений в компактном настольном формате, которое предоставляет подробную спектральную информацию для определения компонентов, количества и их распределения в плоскости сканирования.

Автофлуоресцентная микроскопия — идентификация бактериальных сигналов на образцах горных пород

Распространенным методом обнаружения микробов в жидких и нежидких образцах является окрашивание флуоресцентными красителями, при котором образцы окрашиваются флуорофором, возбуждаемым фотонами от источника света. Флуорофоры — это молекулы, которые проявляют флуоресценцию, и могут быть биомолекулами естественного происхождения (в этом случае флуоресценция называется автофлуоресценцией), флуоресцентными красителями (синтезированными молекулами) или минералами. Конкретные применения красителей включают обнаружение и перечисление бактерий, визуализацию экспрессии генов и обнаружение биомолекул, которые иначе невозможно было бы отследить.