论文摘要
表面等离激元光子学经过数十年的发展,已经成为微纳光学领域重要的分支之一,其研究方向涉及物理学、化学、医学、生物、能源等多个领域。而二维材料自石墨烯刚问世起受到了广泛的科学关注。经过十几年的发展,因其优良的电子输运性质、光电性质等而在微纳电子器件、超灵敏传感器、光电探测器、太阳能电池、生物光子学等方面有着巨大的应用前景。表面等离激元与二维材料在空间纳米尺度的完美契合使得表面等离激元在光和二维材料相互作用上有着巨大学术价值与应用前景。因此本论文围绕二维材料与表面等离激元光子学展开,详细介绍表面等离激元光子学与二维材料的基础性质与应用,介绍二维材料与金属的异质结构的探究,重点介绍我们的中心工作银纳米立方-二硒化钼-超光滑金膜耦合体系的表面增强光谱。通过对于这些内容进行深入详尽的研究与分析,取得了以下成果:1.实验中对二维材料与超光滑金膜的异质结构体系的拉曼与荧光性质进行了系统的探究。二维材料表现出特殊的光学和光电子性质,可以通过电子或空穴掺杂进行调制。在此,我们将机械剥离的少层二硫化钼转移到超光滑的金膜上,通过微区拉曼和光致发光表征研究了高质量的二硫化钼-金异质结。我们发现这样的异质结构中,单层二硫化钼的E12g和A1g两个主要声子模式随着层数的减少而发生红移并且在单层时发生明显的劈裂,这与氧化硅衬底上单层二硫化钼的声子模式表现不同。其拉曼主峰的显著红移与劈裂显示了金膜的两个作用:（一）与金的接触导致MoS2产生n掺杂效应发生费米面钉扎效应,使得硫化钼的电子结构与晶格振动性质被调制;（二）金膜的镜像作用、金-硫键产生的应力使MoS2的拉曼峰位的移动和劈裂。其荧光因为与金膜之间的电荷转移而发生淬灭现象,原本1.83 eV的荧光峰位发生淬灭并在1.75 eV处出现很弱的峰。这些效应随着二硫化钼层数的增加而逐渐减弱。这些研究成果对于二硫化钼与金膜接触的异质结的电学与光学性质有了新认识,可作为基于二维材料-金属异质结构的纳米电子器件和纳米光学领域应用的参考。2.我们构建了银纳米立方-单层二硒化钼-超光滑金膜的耦合体系。在这种等离激元纳米腔天线体系中实现了单层二硒化钼的拉曼与荧光光谱的同时增强,并通过在金属颗粒上沉积介质膜的方法实现银纳米立方的等离激元共振峰位的连续可调进而获得表面增强拉曼散射（SERS）和表面增强荧光（SEF）增强倍数的优化调节,并在激光、表面等离激元共振与二硒化钼激子共振在光谱上达到多共振时到达增强。获得的表面增强拉曼散射的最大增强倍数约为107,表面增强荧光的最大增强倍数约为6000。3.在二维材料的表面增强光谱的进一步探究中,我们构建了SEF与SERS微观机理的统一模型。通过对于增强倍数的比较分析,我们估算得到了处在纳米腔的单层MoSe2的激子总的衰减速率。在最大增强处,我们得到最快的单层MoSe2的激子的总的衰减寿命约为22飞秒。这样的纳腔体系与时间尺度对于传统的超快分辨技术是很难实现的,我们的工作为纳腔体系的超快光谱学以及表面增强光谱的应用提供了一种新的思路,具有非常重要的科学意义。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 张业鑫
导师: 徐红星,张顺平
关键词: 表面等离激元,二维材料,二维材料金属异质结,等离激元纳米腔,表面增强拉曼散射,表面增强荧光,激子寿命
来源: 武汉大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑
专业: 物理学,材料科学
单位: 武汉大学
分类号: TB34;O433
DOI: 10.27379/d.cnki.gwhdu.2019.000091
总页数: 98
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标签：表面等离激元论文; 二维材料论文; 二维材料金属异质结论文; 等离激元纳米腔论文; 表面增强拉曼散射论文; 表面增强荧光论文; 激子寿命论文;