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美国宾夕法尼亚大学开发出新型快速无损检测二维材料的新方法

2017-05-02 211浏览 标签: 二维材料

2017年4月28日,宾夕法尼亚州立大学开发出快速无损检测二维材料的新方法,是一种可以分析二维材料中缺陷的光学方法。

宾夕法尼亚州立大学材料科学与工程系,物理学教授Mauricio Terronnes说:“材料中的缺陷是非常重要的,比如在半导体工业中,科学家们可以通过控制缺陷来控制材料的性质,这被称为缺陷工程学。工业中的工作人员知道如何控制缺陷,并且知道材料中的哪一种缺陷对设备是有益的。”

为了能够真正的理解二维材料,比如只有三个原子厚的二硫化钨材料,我们需要能够看见单个原子和缺陷的高功率电子显微镜。宾夕法尼亚州立大学材料研究所的科学家,此次学术论文的共同作者之一Bernd Kabius说:“通过使用透射电子显微镜(TEM),你可以得到一张图片,你可以获得直接的“证据”。”

而TEM的缺点,根据Kabius的说法,是其增加了损伤精致二维材料的可能性,还有其样品的复杂制备过程,以及所需时间:为单个样本拍摄照片将花费整整一天的时间,并且需要一个星期或更多的时间来处理和解释结果。由于这些原因,研究员们喜欢将TEM与其它更容易、更快速观察样品的方法结合在一起。

Terrones和他的团队开发的技术使用的是光学方法:荧光显微镜。在荧光显微镜中,一种具有特定波长的激光照射到样品上,每一个被推送到更高能级的激发电子都发射出一个波长更长的光子,科学家们可以通过光谱仪测量光子并给出有关缺陷种类以及它们在样品中的位置的信息。理论计算同样为确认光学结果提供了帮助。该工艺中必须的一步是需要将样品放进温控样品台上,然后将温度降低至77开尔文,即几乎零下200摄氏度。在这种温度下,制造出荧光的电子-空穴对是与材料的缺陷紧密相连的,并发射出一种比原始材料更强的信号。

此项研究工作的第一作者,Terrones实验室的前博士后研究员Victor Carozo说:“这是我们有史以来第一次在二维材料中原子缺陷数量与光响应之间建立了直接关系。”

Terrones补充说道:“对半导体行业来说,这是一个快速的测量方法,一个评估二维系统缺陷的光学无损检测方法。重要的是,我们能够将我们的光学方法与TEM和原子模拟相关联。我认为,这种方法对于建立一个表征二维晶体材料的方法是非常有用的。”

该实验室的博士后研究员和理论学家,此篇文章的共同作者Yuanxi Wang补充说道:“我们的计算表明,被空位困住的电子发射出的光与没有缺陷的区域发射出的光的波长是不同的。”

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