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段鑲鋒&黃昱Nat. Synth.：光學性能提高超400倍！

來源：時間：2023-10-18 09:21:09 瀏覽：1226次

第一作者：Boxuan Zhou\Jingyuan Zhou

通訊作者：段鑲鋒教授、黃昱教授

通訊單位：美國加州大學洛杉磯分校

DOI: 10.1038/s44160-023-00396-2

研究背景

二硫化鉬（MoS₂）具有明顯的層依賴物理性質(zhì)，是一種廣泛研究的二維（2D）層狀半導體。單層MoS₂具有直接帶隙，使得其具有強的光-物質(zhì)相互作用；而多層MoS₂是間接帶隙半導體，呈現(xiàn)光學惰性。因此，需要找多層MoS₂層間到去耦合的方法，以生產(chǎn)具有單層MoS₂特性的塊狀單層材料。基于此，美國加州大學洛杉磯分校段鑲鋒教授和黃昱教授等人報道了一種化學脫摻雜策略來調(diào)控分子插入MoS₂中的電子密度，從而保留單層半導體特性。通過在電化學插入過程中引入聚乙烯吡咯烷酮-溴絡合物，在去耦合層間相互作用和降低電子濃度的情況下，可以產(chǎn)生體單層MoS₂薄膜。該研究為大面積MoS₂薄膜制備開辟了一條道路，為基礎光物理研究和可擴展的光電應用提供了一個有吸引力的材料平臺。

文章要點

1.本研究報告了一種化學脫摻雜的方法來調(diào)節(jié)分子陽離子插層MoS₂中的電子摻雜，并制備出具有單層半導體特性的大塊單層MoS₂（BM-MoS₂）薄膜。

2.研究者通過在電化學插層中引入聚乙烯吡咯烷酮-溴絡合物（PVP-Br₂），來消除MoS₂在電化學插層過程多余電子，從而制備具有去耦合層間相互作用和降低電子濃度的體相單層BM-MoS₂薄膜。

3. 所得薄膜表現(xiàn)出較強的激子發(fā)射，分別比剝離后的單層和多層材料強20倍和超400倍，具有高谷極化和增強的光電響應。

圖文展示

圖1.分子插層和電子摻雜控制原理圖

圖2.結(jié)構(gòu)表征

圖3.PVP-Br₂處理BM-MoS₂薄膜的去電子摻雜機理

圖4.可控電子摻雜BM-MoS₂的光譜研究

圖5.圓偏振分辨PL測量

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