...沈波課題組和戴倫課題組合作揭示單層MoS2能谷直接-間接帶隙的...

2020-11-24 北大新聞網

近日，北京大學物理學院、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室寬禁帶半導體研究中心唐寧、沈波課題組與戴倫課題組合作開展了單層MoS2材料在流體靜壓力作用下的光譜性質研究，發現其能谷直接-間接帶隙的轉變。相關工作於2017年11月3日在Science Advances上在線刊登【Science Advances，3，e1700162（2017）】。

近年來，過渡金屬硫屬化合物因其獨特的物理性質，以及在光電子和微電子器件方面潛在的應用前景，已成為國際研究的熱點。其中單層MoS2因其具有較寬的直接帶隙、較強的庫倫相互作用和較大的激子束縛能，在光電子領域有很好的應用潛力。同時，由於其具有較強的自旋軌道耦合以及獨特的能谷性質，適合用來發展和製造原子級厚度的自旋電子學器件以及谷電子學器件。

單層MoS2的直接帶隙處於布裡淵區邊界的能谷K（K』），能谷K（K』）同時具有特殊的圓偏振光的選擇性以及谷霍爾效應。然而，半導體的能帶結構在應力作用下往往會發生變化，有可能會發生直接-間接的轉變，這對於該類材料的器件應用特別是在柔性器件方面的應用十分不利。流體靜壓力方法是研究此類問題的一個重要手段。通過對材料施加各向同性的壓力，材料的晶格常數、鍵長和鍵角隨之發生改變，導致能帶結構的變化。這種變化可以通過光致發光譜來探測。

唐寧、沈波課題組與戴倫課題組合作利用大面積高質量的單層MoS2薄膜，對其施加了流體靜壓力並進行光譜測量。結果表明單層MoS2在壓應力的作用下，其螢光峰先以49.4 meV/GPa的壓力藍移，後以15.3 meV/GPa的壓力紅移，這對應著直接-間接能帶結構的轉變，轉變點壓力為1.9 GPa。結合第一性原理計算，證實了該直接-間接能帶結構的轉變是由導帶底能谷從K谷轉變為Λ谷所導致。

流體靜壓力下單層MoS2的光致發光譜

北京大學物理學院博士生付雷為第一作者，唐寧副教授、戴倫教授、沈波教授為共同通訊作者。北京大學巫翔課題組和史俊傑課題組參與了此項研究。該工作得到了國家自然科學基金委優秀青年科學基金、科技部「973計劃」、量子物質科學2011協同創新中心、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室等項目的資助。

編輯：安寧

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