黑磷纳米片的光电导激子吸收与层数关系介绍
发布时间：2021-04-23 作者：axc 分享到：
黑磷，继石墨烯和过渡金属硫化物之后又一种二维材料，由于其可调的带隙、高迁移率和与光的强相互作用等优点，吸引了广大科研学者对其光学和光电等性质的研究。
二维材料的光吸收是以二维光电导来描述的。在通常的二维材料中，激子吸收随着层数的增加而增强.以石墨烯为例，单层石墨烯的光电导在可见光和近红外波段是同一个常数，即σ0= e2/4ħ， N层石墨烯的光电导为Nσ0，与层数成正比。
对于少层黑磷纳米片，激子吸收随着层数的减小而增强（图3a）。这是由于层数越少，介电屏蔽越弱，量子束缚效应越强，因此激子结合能（电子和空穴的“吸引力”）越大，导致吸收越强。
此外，我们还发现带边吸收却与层数无关，几乎是一个常数（图3b），这个现象也与常见的二维材料不同。他们利用k·p方法和二维激子模型，对这个现象同样给出了理论解释：在二维材料中，带边吸收是由光学跃迁过程中参与的子能带数量决定的。
在黑磷中，不管多少层，只有1对子能带参与光学跃迁，所以光电导都为~σ0；与之不同的是，对于石墨烯，有多少层就有多少对子能带参与光学跃迁。
对黑磷而言，层数越少，反而越不透光！“这种‘以少胜多’的现象其实都是空间受限的量子效应在起作用”，该研究是通过测试机械剥离法制备的一系列层数的黑磷样品的傅里叶变换红外光谱（FTIR，图1，图2）实现的。
图1 黑磷的晶体结构和红外光谱表征示意图
图2 不同层数黑磷纳米片的红外光谱（室温）
图3（a）激子吸收与层数的关系；（b）带边吸收与层数的关系；（c）二维激子示意图
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