層狀二硫化鉬：可調(diào)諧的光學(xué)平臺(tái)

隨著石墨烯研究取得的巨大成功，其他的層狀材料，特別是具有一定帶隙的二維材料成為了納米功能材料研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn)。二硫化鉬（MoS2）是最具代表性的具有帶隙的過(guò)渡金屬硫化物二維材料。單層二硫化鉬由三層原子層構(gòu)成，上下兩層均為硫原子，中間層為金屬鉬原子，硫原子與鉬原子相互連接形成類似于石墨烯的六方晶格結(jié)構(gòu)。特別的是，二硫化鉬體材料為間接帶隙（帶隙為1.3eV），而單層二硫化鉬為直接帶隙（帶隙為1.9eV），這種由間接帶隙向直接帶隙的轉(zhuǎn)變使單層二硫化鉬在可見(jiàn)光區(qū)域呈現(xiàn)極強(qiáng)的熒光輻射。這些獨(dú)特的性能使層狀二硫化鉬，特別是單層二硫化鉬在微納光電探測(cè)、新型發(fā)光器件、可飽和吸收體、光學(xué)傳感器等諸多領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。實(shí)現(xiàn)對(duì)其能帶結(jié)構(gòu)和光譜特性的可控調(diào)諧，對(duì)層狀二硫化鉬的應(yīng)用具有非常重要的實(shí)際意義。巨納集團(tuán)低維材料在線商城91cailiao.cn，在國(guó)內(nèi)為廣大客戶提供高質(zhì)量二維晶體材料，其中就包括過(guò)渡金屬硫化物二維材料二硫化鉬MoS2。
基于近年來(lái)在層狀二硫化鉬的光譜特性、能帶調(diào)諧與光電應(yīng)用方面所取得的突破性進(jìn)展，山西大學(xué)激光光譜研究所的肖連團(tuán)教授團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)總結(jié)了層狀二硫化鉬的晶體和能帶結(jié)構(gòu)，以及通過(guò)層間堆積角度、拉伸應(yīng)力、環(huán)境溫度、電學(xué)摻雜等物理手段實(shí)現(xiàn)對(duì)層狀二硫化鉬能帶結(jié)構(gòu)和光譜特性的調(diào)諧，討論了準(zhǔn)粒子在調(diào)諧中所起的作用，并對(duì)二硫化鉬在未來(lái)研究存在的挑戰(zhàn)和熱點(diǎn)工作進(jìn)行了展望。該文章首先介紹了單層二硫化鉬的兩種晶體結(jié)構(gòu)及其能帶特點(diǎn)，多層二硫化鉬的堆疊方式及其穩(wěn)定性。進(jìn)而介紹了2H型二硫化鉬中三種主要準(zhǔn)粒子，即激子、三子（帶負(fù)電的激子）、缺陷束縛的中性激子，它們的形成原因、能帶結(jié)構(gòu)、結(jié)合能以及對(duì)光譜形狀和強(qiáng)度的貢獻(xiàn)。隨后文章詳細(xì)綜述了可用于調(diào)諧層狀二硫化鉬能帶結(jié)構(gòu)和光譜特性的方法，包括通過(guò)改變二硫化鉬的層數(shù)實(shí)現(xiàn)從間接帶隙到直接帶隙的轉(zhuǎn)變；通過(guò)改變雙層二硫化鉬的夾角來(lái)改變?cè)訉又g的相互作用力；通過(guò)單軸和雙軸拉伸力改變?cè)又g的距離；通過(guò)改變材料所處溫度轉(zhuǎn)換輻射和非輻射通道；通過(guò)摻雜（化學(xué)摻雜、氣體吸附、缺陷摻雜、電學(xué)摻雜）改變層狀二硫化鉬與其表面物種的相互作用及電子轉(zhuǎn)移；通過(guò)改變基底或者異質(zhì)結(jié)的成分改變層狀二硫化鉬與接觸面的相互作用；以及通過(guò)等離子體基元所帶來(lái)的表面增強(qiáng)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)層狀二硫化鉬的調(diào)諧。文章同時(shí)介紹了性能可調(diào)諧的層狀二硫化鉬在光電器件方面的應(yīng)用，包括高靈敏光電晶體管和光電探測(cè)器、寬帶的可飽和吸收體、微納的光發(fā)射器件以及在氣體和離子傳感上的應(yīng)用。最后還對(duì)未來(lái)在大尺寸高質(zhì)量層狀二硫化鉬的合成與轉(zhuǎn)移、層狀二硫化鉬在谷自旋電子器件和信息領(lǐng)域上的應(yīng)用等研究方向和趨勢(shì)給出了工作展望。該文章對(duì)于深入了解二硫化鉬光電性能的調(diào)諧及其機(jī)理以及光電應(yīng)用等方面將起到重要的指導(dǎo)意義。相關(guān)論文在線發(fā)表在Advanced Optical Materials（DOI: 10.1002/adom.201600323）上。

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