重庆研究院在2D材料量子调控研究方面取得新进展

日前，中国科学院重庆绿色智能技术研究院量子信息技术中心在2D材料量子调控研究方面取得新进展，相关研究成果以Bandgap modulation of MoS2 monolayer by thermal annealing and quick cooling 为题发表在Nanoscale 期刊上。相关成果同时申报了国家专利：“一种基于热应变对二维薄膜材料的量子效率和能带的同步调制技术”（专利号：201610897889.7）。 Wl4T}j  
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　　随着石墨烯材料的广泛应用，后续一系列类石墨烯材料包括硅烯、锗烯、MoS2、MoSe2、WSe2等相继被提出，特别是其中一些材料具备石墨烯材料所不具备的直接带隙性质，从而使得这些材料拥有了在量子光学和光电子学等领域的重大应用潜力，获得了广泛重视。为了进一步提升基于二维薄膜材料的光、电性能，利用应变对材料能带的调制成为调制二维材料性能的重要手段。截至目前，利用应变对能带的调制几乎全部以机械应变的形式提出。然而，机械应变对能带的调制需要以牺牲材料的量子效率为代价；同时，机械应变不能在材料上形成永久性的应变。 '/h~O@Rw  
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　　针对上述问题，重庆研究院量子信息技术中心研究员赵洪泉及其研究团队在国际上首次提出，以温和热处理结合在液体中快速降温的方法，在2D材料上产生基于2D材料与衬底材料热膨胀系数差的热应变对材料性能的调制。该研究以MoS2单原子层为具体对象，但适用对象包括所有二维晶体薄膜材料、器件等。通过实验测量热处理和快速降温前后荧光谱和拉曼谱的变化，结果表明，在200℃温和热处理和快速冷却条件下，MoS2单原子层的荧光峰值强度提高2倍以上；同时，荧光A激子的谱峰波长和拉曼谱E12g模式频率随热处理温度从室温到600℃近似线性变化，幅度分别为3.82meV/100℃和-0.28cm-1/100℃。当温度控制精度达到1℃时，荧光A激子的谱峰波长和拉曼谱E12g模式频率控制精度分别达到0.0038meV和0.0028cm-1，调制精度达到传统的机械应变调制的100倍。从而明确了200℃附近温和热处理和快速降温有助于大幅提高薄膜材料的直接跃迁量子效率，并对能带进行同步精细调制。该方法所产生的热应变同时是一种永久性的应变，只有在再次进行高温热处理条件下才能消除。 EE^ N01<"\  
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　　该研究为基于应变对2D材料的能带结构的精细调制提供了实验和理论依据。