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物理系的Kenan Gundogdu博士的研究小組研究超快動力學，並開發了研究半導體的新光譜學方法。這些非線性光譜技術使Gundogdu博士的團隊能夠研究凝聚態系統中的結構和電子動力學。該小組研究有機電子學，混合半導體系統和低維材料，如石墨烯和過渡金屬硫族化合物(TMDC)，由於其在原子級厚度下獨特的電子和機械性能，是下一代材料用於能量收集，自旋電子學和光子學應用的候選者。

圖 1：(a) 具有 500 ns 方波光激發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，以及對應於受帶隙重整化影響的緻密等離子體(紅色)和導帶(黃色)狀態的能量。材料中心的溫度(藍色虛線)動態與差速變速器一起顯示。所有能量通道均歸一化爲平均在 300 至 500 ns 之間的穩態 EHP 強度。數據由Kenan Gundogdu博士(北卡羅來納州立大學)提供。首次發表於 DOI： 10.1021/acs.nanolett.8b04408。

挑戰

Gundogdu博士和他的研究小組特別關注與太陽能轉換相關的動力學。研究問題包括相干和非相干電子運動在能量轉換中的作用，在涉及無機和有機材料的界面中能量傳輸如何發生，以及識別這種混合材料中光學激發的物理性質。Gundogdu和他的同事撰寫了一篇題爲“通過材料調整在單層MoS2中形成緻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激發2D半導體中的凝聚態系統和電子動力學的研究(Bataller等人Nano Lett.，剛剛接受的手稿，DOI：10.1021 / acs.nanolett.8b04408，網絡出版日期：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中帶狀結構隨溫度的變化;採用時間分辨光致發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易於使用、安裝、配置和設置。FERGIE在一個系統中提供了很多便利。

解決方案

Gundogdu博士的研究小組使用FERGIE系統(IsoPlane 81的先前版本)獲得了前面提到的出版物中發現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，在通過樣品並離開真空室後，光線被第二個顯微鏡物鏡收集併成像到FERGIE的入口狹縫上。對於每個時間步，記錄來自FERGIE的交替探針和泵浦+探針光譜，然後進行處理以產生ΔT/T。研究人員發現FERGIE系統易於使用，安裝、配置和設置簡單。他們還發現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爲可能，FERGIE在一個系統中提供了方便的解決方案。