二维材料层间耦合及缺陷的拉曼光谱研究

发布时间：2023-03-19 22:04

　　近几年来新型二维(2D)材料和基于此类二维材料的异质结的研究一直在快速发展。在研究这些新材料的同时新型异质结器件也开始出现,例如隧道晶体管、谐振隧道二极管和发光二极管。这些器件由各种2D晶体组成,利用这些二维材料的物理特性可以实现其它常规半导体异质结无法实现的功能。层间耦合是研究少数层二维材料电子结构,可调带隙,量子霍尔相等物理特性的关键因素。此外,二维材料中的各种缺陷,会对材料的电学、磁学和量子输运性能产生很大影响。本文将选择几种典型的二维材料体系:二类外尔半金属(过渡金属硫族化合物)WTe2、拓扑节线半金属ZrSiTe、Graphene/MoS2异质结作为研究对象,主要结合拉曼光谱表征方法,对其层间作用力和原子尺度缺陷等物理性质进行研究。在第三章中,我们通过结合拉曼散射和密度泛函理论(DFT)计算对少数层WTe2薄膜进行了全面系统的研究。当WTe2厚度从双层减小到单层时,我们观察到了对应于非中心对称到中心对称结构转变的拉曼光谱特征。此外,我们发现偏振拉曼散射对WTe2薄膜的厚度具有明显的角度依赖性。DFT计算和实验结果吻合,从而验证了 1L至4L样品在75-95 cm-1之间存在A...

【文章页数】：127 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 二维层状材料简介
    1.2 层状过渡金属硫族化合物简介
        1.2.1 二维过渡金属硫族化合物的发展
        1.2.2 二维过渡金属硫族化合物的应用
    1.3 拓扑半金属简介
        1.3.1 Dirac半金属
        1.3.2 Weyl半金属
        1.3.3 拓扑节线半金属
    1.4 低维材料范德瓦尔斯异质结构介绍
        1.4.1 范德瓦尔斯异质结的简介
        1.4.2 范德瓦尔斯异质结的物理特性
        1.4.3 范德瓦尔斯异质结器件应用
    1.5 本文主要研究内容
第二章 微纳器件的制备方法及表征技术
    2.1 微纳器件的制备
        2.1.1 二维材料的制备方法
        2.1.2 异质结的制备
    2.2 微纳器件的表征
        2.2.1 光学显微镜
        2.2.2 原子力显微镜和扫描隧道显微镜
        2.2.3 拉曼光谱
        2.2.4 光致发光光谱
    2.3 本章小结
第三章 少数层Weyl半金属WTe₂的拉曼研究
    3.1 WTe₂的研究背景
    3.2 WTe₂的薄膜制备及表征
        3.2.1 微机械解离制备WTe₂薄膜
        3.2.2 WTe₂厚度的表征方法
    3.3 WTe₂拉曼结果与讨论
        3.3.1 拉曼振动模式与WTe₂层数的依赖关系
        3.3.2 偏振拉曼研究WTe₂的高度定向层间相互作用力
        3.3.3 少数层WTe₂的拉曼强度Mapping
    3.4 本章小结
第四章 二维半金属ZrSiTe中原子点缺陷协助的隐藏声子模式的拉曼检测
    4.1 ZrSiTe的研究背景
    4.2 ZrSiTe的薄膜制备方法及表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 拉曼振动模式与ZrSiTe层数的依赖关系
        4.3.2 扫描隧道显微镜(STM)研究ZrSiTe表面点缺陷
        4.3.3 密度泛函数扰动理论(DFPT)研究ZrSiTe点缺陷引起的晶格振动模式
        4.3.4 XPS研究ZrSiTe的降解
        4.3.5 单层和双层ZrSiTe的拉曼光谱对温度的依赖性
    4.4 本章小结
第五章 Graphene/MoS2异质结的层间相互作用
    5.1 研究背景
    5.2 Graphene/MoS₂异质结的制备
    5.3 Graphene/MoS₂异质结的层间相互作用
        5.3.1 Graphene/MoS₂异质结的拉曼光谱
        5.3.2 Graphene/MoS₂异质结的光致发光光谱
    5.4 本章小结
第六章 总结及展望
    6.1 全文工作总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录 攻读博士期间发表的学术论文



本文编号：3766069