本報訊（記者黃辛）復旦大學教授晏湖根課題組采用改進的機械剝離法，制備出面積相對較大（400—10000平方微米）的少層黑磷，并對其進行紅外光譜學表征，系統(tǒng)、深入地研究了2~15層（厚度1到8納米）黑磷的能帶結(jié)構(gòu)隨著層數(shù)變化的演化規(guī)律，并且成功實現(xiàn)能帶的應(yīng)力調(diào)控。近日，相關(guān)研究發(fā)表于《自然—通訊》。據(jù)悉，這項工作是國際上首次對少層黑磷的紅外光譜表征。
理論計算表明，不論多少層黑磷，都是直接帶隙半導體，而且隨著層數(shù)變化，黑磷的帶隙可以在很寬的范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)。當黑磷從體材料減薄至單層時，帶隙覆蓋了從可見光到中紅外的光譜區(qū)域，正好填補了石墨烯（零帶隙）和過渡金屬硫化物（可見光/近紅外帶隙）之間的空白。
研究表明，紅外光譜可以通過非破壞的測量方式，準確、方便地確定黑磷的層數(shù)和晶體方向。此外，該課題組通過施加單軸應(yīng)力調(diào)控了黑磷的能帶結(jié)構(gòu)。以6層黑磷為例，1%的單軸應(yīng)力可以使其帶隙變化幅度達23%，這一結(jié)果預(yù)示著黑磷在應(yīng)力傳感領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
同時，研究人員還觀測到少層黑磷在理論上禁止的紅外躍遷，這些躍遷雖然較弱，但仍然能夠提供很多關(guān)于能帶結(jié)構(gòu)的重要信息，比如導帶和價帶的非對稱性和載流子的屬性等。
專家表示，這項研究成果為少層黑磷在紅外探測器、調(diào)制器以及應(yīng)力傳感器方面的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，揭示了黑磷在中、長波紅外探測器產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的巨大潛力。
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