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光致發(fā)光、拉曼、近場光學(xué)同步測量技術(shù)揭示二維合金材料新性

來源:QUANTUM量子科學(xué)儀器貿(mào)易(北京)有限公司   2021年05月31日 17:02  

近期,喬治亞大學(xué)研究人員成功使用種新型組合顯微鏡對二維材料進(jìn)行了深入分析,該顯微鏡能夠用納米的發(fā)光,彈性和非彈性光散射測試二維材料,即實(shí)現(xiàn)nano-PL、nano-Raman、s-SNOM的同步測量,并將觀測的尺度提升到納米量。

 

喬治亞大學(xué)Yohannes Abate教授與研究生討論neaspec設(shè)備[1]

 

 

 

單層異質(zhì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用潛力直接受到材料內(nèi)在和外在的缺陷影響。喬治亞大學(xué)的研究人員在Abate教授的帶下,用neaSNOM散射式近場光學(xué)顯微鏡,研究了二維(2D)單層合金光致氧化過程中納米尺度下的奇異界面現(xiàn)象。他們發(fā)現(xiàn)界面張力可以通過建立穩(wěn)定的局部勢阱來集中本征激子,從而實(shí)現(xiàn)*的熱穩(wěn)定性和光降解穩(wěn)定性。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果由neaspec公司*的nano-PL / Raman和s-SNOM同步測量技術(shù)所采集,并已發(fā)表在ACS NANO中[2]

 

在實(shí)驗(yàn)中,作者合成了由單層面內(nèi)MoS2-WS2異質(zhì)結(jié)構(gòu)制成的2D納米晶體,這些晶體在富Mo的內(nèi)部區(qū)域和富W的外部區(qū)域間,顯示出了較強(qiáng)的納米合金界面。在針尖增強(qiáng)照明刺激下(> 100天),他們進(jìn)步觀察到,光降解過程中界面的激子穩(wěn)定性、局域性和不均勻性。得益于高度敏感的s-SNOM成像技術(shù),作者探測到富W的外部區(qū)域的反射率出現(xiàn)急劇下降。該反射率始于晶體邊緣,并隨時(shí)間向內(nèi)傳播。

 

在同樣品區(qū)域獲得的高光譜納米光致發(fā)光(nano-PL)圖像顯示,W氧化相關(guān)的激子的猝滅會遵循與s-SNOM相同的模式(在邊緣開始并向內(nèi)傳播)。令人驚嘆的是,合金界面的內(nèi)部區(qū)域表現(xiàn)出了強(qiáng)大的抗氧化能力。即使在光降解100天后,它仍具有很強(qiáng)的s-SNOM信噪比和未淬滅的nano-PL信號。

 

為了進(jìn)步研究結(jié)構(gòu)變化,作者使用nano-PL進(jìn)行了增強(qiáng)拉曼高光譜納米成像測量,并在同掃描區(qū)域的每個(gè)像素處獲取了空間和光譜信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在整個(gè)晶體的光降解過程中,WS2拉曼峰逐漸消失,而在內(nèi)部區(qū)域中的MoS2仍然存在。該結(jié)果表明在相同的環(huán)境條件、同顯微鏡下測量相同的晶體,由于熱誘導(dǎo)的合金和基底晶格常數(shù)的不匹配,導(dǎo)致光氧化與局部應(yīng)變存在定的關(guān)聯(lián)。而合金界面可防止該應(yīng)變傳播到內(nèi)部區(qū)域,從而防止其降解。

 

neaSNOM顯微鏡*的雙光束設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了3種不同測量技術(shù)在同樣品點(diǎn)的同步測量。該設(shè)計(jì)允許在單個(gè)顯微鏡中集成nano-PL / Raman和s-SNOM技術(shù),并保持測量的靈敏度。通過至大程度化s-SNOM信號,這種組合還可以實(shí)現(xiàn)非常快速的光束對準(zhǔn),從而獲得佳的PL和Raman信號。

 

在neaSNOM設(shè)備上,集成不同的納米光學(xué)技術(shù)進(jìn)行的相關(guān)分析,為深入探索2D合金奠定了基礎(chǔ),也使得neaSNOM成為了個(gè)電子和發(fā)光性質(zhì)測量的秀平臺。

 

參考文獻(xiàn)

 

[1]. Imaging technique provides link to innovative products, Science & Technology, February 4, 2021by Alan Flurry

[2]. Photodegradation Protection in 2D In-Plane Heterostructures Revealed by Hyperspectral Nanoimaging: The Role of Nanointerface 2D Alloys. ACS Nano 2021, 15, 2, 2447–2457

 

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1、超高分辨散射式近場光學(xué)顯微鏡-neaSNOM

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