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硫化钼二维材料的制备及其拉曼光谱研究

沈洋  
【摘要】:由单层或几层原子构成的硫化钼(MoS2)是一种具有类似石墨烯结构的新型二维(2D)层状化合物。近年来由于其独特的物理、化学性质而成为材料研究的新兴的热点。相比于石墨烯电子结构的零带隙,二维MoS2存在可调控的带隙,在光电器件领域的应用更有前景。 拉曼光谱是研究类石墨烯二维材料的重要手段。随着原子层数的减少,MoS2拉曼振动模式E12g发生蓝移,A1g发生红移,据此可以鉴别MoS2的层数。此外,MoS2的拉曼光谱还受到热效应、应力等外在条件的影响。对MoS2二维材料拉曼光谱的研究有助于我们进一步深入了解这类材料的基本物理性质。 本论文采用化学气相沉积法制备了单层和双层MoS2样品。利用激光在样品表面产生的局部热效应,在波长为532nm和633nm激光激发下,对比研究了单层、双层、粉末和单晶MoS2样品的拉曼光谱随激光功率的变化。利用金刚石对顶钻(DAC)高压装置产生高压,对比研究了粉末和单晶MoS2拉曼光谱随压力的变化。得到的主要结论如下: (1)在波长不同激光激发下,MoS2拉曼峰的数量不同,且各个峰之间的相对强度也不同。这是由于633nm激光能量为1.96eV,与MoS2其能带中的直接带隙激子的能量A(~1.88eV)接近,促进了激子激发,因而增加了很多振动模式。 (2)随着激光功率的增加,E12g和A1g两个振动模式同时向低频率方向移动且半高宽增大,A1g模式比E12g模式变化幅度更大。这是因为激光诱导引起样品中产生热效应,随着激光功率增大,热效应增强,引起声子之间相互作用发生变化,此外,晶格热膨胀也是一个重要原因,这都将导致其原子间势能产生非谐变化。A1g模式更容易受到热的影响。 (3)随着压力的增加,MoS2样品的E12g和A1g两个振动模式同时向高频率方向移动,且A1g模式比E12g模式变化幅度更大。这是因为压下作用下,MoS2样品的体积急剧减小,分子间距离减小引起分子间作用下变化,导致其晶格产生非谐性的阻尼振动。此外,在压力作用下,样品将产生晶格畸变,发生半导体-金属的电子转变。A1g模式是沿层间的原子振动,更容易受到压力的影响。


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