使用時間分辨差分透射光譜研究二維 (2D) 材料

背景

北卡羅來納州立大學(xué)物理系的Kenan Gundogdu博士的研究小組研究超快動力學(xué)，并開發(fā)了研究半導(dǎo)體的新光譜學(xué)方法。這些非線性光譜技術(shù)使Gundogdu博士的團隊能夠研究凝聚態(tài)系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)和電子動力學(xué)。該小組研究有機電子學(xué)，混合半導(dǎo)體系統(tǒng)和低維材料，如石墨烯和過渡金屬硫族化合物(TMDC)，由于其在原子級厚度下獨特的電子和機械性能，是下一代材料用于能量收集，自旋電子學(xué)和光子學(xué)應(yīng)用的候選者。

圖 1：(a) 具有 500 ns 方波光激發(fā)的時間分差分傳輸光譜(綠色虛線)。EHP形成(b)和衰變(c)期間不同時間的光譜線輸出。(d) 時間線輸出顯示在A(黑色)和B(綠色)激子能量，以及對應(yīng)于受帶隙重整化影響的致密等離子體(紅色)和導(dǎo)帶(黃色)狀態(tài)的能量。材料中心的溫度(藍色虛線)動態(tài)與差速變速器一起顯示。所有能量通道均歸一化為平均在 300 至 500 ns 之間的穩(wěn)態(tài) EHP 強度。數(shù)據(jù)由Kenan Gundogdu博士(北卡羅來納州立大學(xué))提供。首次發(fā)表于 DOI： 10.1021/acs.nanolett.8b04408。

挑戰(zhàn)

Gundogdu博士和他的研究小組特別關(guān)注與太陽能轉(zhuǎn)換相關(guān)的動力學(xué)。研究問題包括相干和非相干電子運動在能量轉(zhuǎn)換中的作用，在涉及無機和有機材料的界面中能量傳輸如何發(fā)生，以及識別這種混合材料中光學(xué)激發(fā)的物理性質(zhì)。Gundogdu和他的同事撰寫了一篇題為“通過材料調(diào)整在單層MoS2中形成致密電子空穴等離子體和超長電荷壽命”的論文，詳細介紹了他們最近對光學(xué)激發(fā)2D半導(dǎo)體中的凝聚態(tài)系統(tǒng)和電子動力學(xué)的研究(Bataller等人Nano Lett.，剛剛接受的手稿，DOI：10.1021 / acs.nanolett.8b04408，網(wǎng)絡(luò)出版日期：04年2019月2日).rnrn在這項工作中， 研究人員使用幾種不同的光譜方法來研究單層MoS2，一種TMDC材料。利用拉曼光譜測量了MoS2中帶狀結(jié)構(gòu)隨溫度的變化;采用時間分辨光致發(fā)光和差分透射光譜法測量了二維材料中電子-空穴等離子體的形成和演化。

FERGIE易于使用、安裝、配置和設(shè)置。FERGIE在一個系統(tǒng)中提供了很多便利。

解決方案

Gundogdu博士的研究小組使用FERGIE系統(tǒng)(IsoPlane 81的先前版本)獲得了前面提到的出版物中發(fā)現(xiàn)的時間分辨差分傳輸測量值。來自放大飛秒激光器泵浦的光學(xué)參量放大器的白光被用作探頭信號。顯微鏡物鏡聚焦探針光，在通過樣品并離開真空室后，光線被第二個顯微鏡物鏡收集并成像到FERGIE的入口狹縫上。對于每個時間步，記錄來自FERGIE的交替探針和泵浦+探針光譜，然后進行處理以產(chǎn)生ΔT/T。研究人員發(fā)現(xiàn)FERGIE系統(tǒng)易于使用，安裝、配置和設(shè)置簡單。他們還發(fā)現(xiàn)CUBE附件很有用，提供了一系列不同的光譜選項。這使得快速拉曼光譜測量成為可能，F(xiàn)ERGIE在一個系統(tǒng)中提供了方便的解決方案。

審核編輯 黃宇