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光在傳波過(guò)程中振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做偏振，偏振是光作為電磁波的重要特征之一。偏振光探測(cè)在線性偏光鏡（LPL）、偏振遙感以及醫(yī)療診斷治療等方面已展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。目前，對(duì)可見波段的偏振檢測(cè)研究已比較普及，而對(duì)其它特殊波段的偏振探測(cè)有待進(jìn)一步探索。近日，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所超晶格室研究員李京波、魏鐘鳴，與天津大學(xué)教授胡文平合作，圍繞二維GeSe材料在短波近紅外波段（700-1100 nm）的偏振光探測(cè)取得新進(jìn)展。
GeSe是一種典型的二元IV-VI硫族化合物，研究顯示，GeSe是以高度各向異性的層狀正交晶系方式結(jié)晶（空間群Pcmn- ，比黑磷的空間群Bmab- 對(duì)稱性低）。此外，GeSe的帶隙范圍為1.1-1.2eV，使其適用的二向色性波段分布在1100nm波段以內(nèi)（可見/短波近紅外波段）。在靠近帶邊處，高態(tài)密度直接導(dǎo)致高吸收系數(shù)。鑒于上述特性，GeSe在面內(nèi)各向異性等方面的獨(dú)特性質(zhì)有待研究，來(lái)實(shí)現(xiàn)其在可見/短波近紅外波段光偏振探測(cè)方面的應(yīng)用。
在此背景下，該研究員團(tuán)隊(duì)利用GeSe材料高蒸氣壓的特點(diǎn)，采用真空氣相沉積法，獲得了高質(zhì)量的GeSe層狀單晶。通過(guò)XRD以及TEM表征，證實(shí)獲得的二維GeSe納米片具有很高的結(jié)晶度。同時(shí)，通過(guò)拉曼光譜、光吸收譜和光探測(cè)器件研究，系統(tǒng)分析了GeSe在晶格振動(dòng)以及光學(xué)方面的各向異性（如圖）。由于GeSe的幾個(gè)典型的拉曼振動(dòng)模的強(qiáng)度隨著入射光和散射光的偏振方向以及樣品的夾角而變化，拉曼光譜檢測(cè)為GeSe晶向的確定提供了快速簡(jiǎn)便的方法。在光學(xué)方面，GeSe的各向異性體現(xiàn)在偏振度可分辨的光吸收譜和光電流譜等方面，在532nm激光波長(zhǎng)下二向色性比為1.09，在638nm下為1.44，在808nm下為2.16，與吸收譜測(cè)試結(jié)果基本符合（對(duì)應(yīng)的各向異性吸收比分別是1.09，1.26，3.02），這兩種測(cè)試方法系統(tǒng)地確定了GeSe最佳的各向異性的光響應(yīng)在808nm波長(zhǎng)附近。結(jié)合理論計(jì)算的佐證，系統(tǒng)探測(cè)顯示8-16nm厚度的GeSe有助于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)質(zhì)的光探測(cè)結(jié)果。該研究成果顯示出，二維GeSe在線偏振探測(cè)領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
相關(guān)研究成果近期發(fā)表在Journal of the American Chemical Society上。研究工作得到中科院和國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)的資助。
由GeSe低晶格對(duì)稱性導(dǎo)致的角度依賴各向異性拉曼信號(hào)和808nm激光下的探測(cè)性能。
