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中山大学实现少层二维材料发光的电调控

2018-12-06

中山大学杨国伟教授研究组最近在纳米光子学全介质材料领域取得重要研究进展,相关成果近日发表于材料科学著名学术刊物 Materials Horizons (SCI影响因子13.18)。

单层和双层等少层过渡金属二硫化物(transition-metal dichalcogenide, TMDC)具有奇异的物理性能和独特的光致发光特性,而这种在少层TMDC中丰富的激子态激发了越来越多的科学家对于其物理及光电性质的关注。近年来,多种等离激元和光子晶体纳米结构被用于增强少层TMDC的光致发光。虽然实现光致发光增强非常重要,但是如何实现对发光行为的动态调制则具有更加深刻的科学意义。电调控由于高效和易于集成等优点,被认为是最有效的发光动态调制方法。虽然对单层TMDC发光的电调控已有报道,但是如何实现少层TMDC发光有效的动态调控仍无定论。所以,新的电调控方法和机制亟待研究。

最近,杨国伟教授研究组的严佳豪博士生在纳米光子学全介质材料方面取得重要研究进展,他们首次实现了对于单层和双层等少层硫化钨的异常光电调控,并且同时实现了光致发光的增强。他们首先设计并制造了硅纳米条这种高折射全介质纳米天线,并通过定点转移技术将单层或双层的硫化钨组装在硅纳米条上。硅纳米条不仅可以作为纳米化栅电极,同时也可以产生强的Mie共振。因此,他们观察到硅纳米条上硫化钨的发光要明显强于悬空处硫化钨的发光。同时,他们指出在栅极电压的施加过程中,静电掺杂和应力是引起发光动态调制的两大机制。尤其是纳米化的栅电极以及悬空的少层硫化钨使得在电调控过程中会产生足够的静电吸引力并形成应力。这一独特应力效应使得对于单层硫化钨的电调控表现出异于常规的效果。而对于双层硫化钨,他们同样观察到了奇异的电调控发光行为,颠覆了此前研究关于双层TMDC常温下没有明显电调控发光的论断。此外,他们同样证明了在暗场散射中也能观察到有效的电调控现象,这些都是源于硫化钨和硅纳米条之间的相互作用在电压和电致应力作用下的改变。所以,该研究所提出的原理型电光调制器为未来纳米光子学器件的应用提供了新的可能性。

该研究成果以题目“Single silicon nanostripe gated suspended monolayer and bilayer WS 2 to realize abnormal electro-optical modulation”的论文在线发表在 Materials Horizons (DOI: 10.1039/c8mh01009a), 严佳豪博士为第一作者,杨国伟教授为通讯作者。本研究得到国家重大科学研究计划、广州市科技计划项目和光电材料与技术国家重点实验室的大力支持。


(来源:新材料在线

 



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