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【答疑】看完这期问答集锦,get 材料领域讲座精华(上)

HORIBA科学仪器事业部
2020.6.30
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HORIBA科学仪器事业部


6月19日,我们成功举办了HORIBA 2020在线讲座第7集——光谱技术在二维材料领域的应用。讲座中,苏伟涛教授、张巍锋博士以及郭云昌博士,分别就如何利用拉曼光谱表征二维材料,分享了他们的研究经验和成果。提问环节大家积极响应,让我们一起来看看老师们都回答了哪些问题吧~ 






问答集锦-苏伟涛教授

1

请问来自基底的dielectric disorder对极化率有没有对极化强度P,从而对测量有影响


我认为是有影响的。我们应该尽量选择一些没有缺陷的基底,我们在进行TERS测试的时候经常会选择用金或者银的单晶片。但是在很多的测试条件下没有单晶片就会用多晶的薄膜,薄膜上总会有各种各样的缺陷,比如晶界,晶界对极化程度是有影响的


2

请问刚开始时,ε的虚部为0,实部为负数的目的是什么


在这种情况下,我们是为了让极化率变得最大。实部为负数虚部为0时分母就会趋近于0,整个极化率的参数就会变得最大。


3

请问在英国的那个光路上Dichoic mirror是不是也是polarization dependent 


我一开始也带有同样的疑问,专门用椭偏仪测过,的确是偏振相关的。


4

请问针尖增强荧光TMD测量是通过逐渐扫针尖获得的mapping吗



针尖是固定的,针尖和激光之间耦合完成以后就固定不动,在进行mapping时我们的样品是在移动的,移动到一个点之后针尖趋近进行测试,测试以后针尖抬起,样品移动到下一个点,再次趋近进行测试。


5

请问老师低温测量最低温度可以达到多少?因为TMD材料的温度展宽,只有在70K以下远场PL才能分辨出来A:1s, A:2s....激子态,而且能不能在近场下区分出来激子态,然后外延到free carrier gap。最后就是能不能测出来基底的dielectric disorder对激子态和free carrier gap 的影响


我没有做过低温测试,但是我看到其他人在研究二维材料时在液氦的条件下测过。液氦的温度下可以做到4-5K的样子。在宽化效应下,我们不能说里面的缺陷就属于某种类型的激子态,在我们论文解释的时候需要特别当心。如果说现在有低温下操作的针尖增强拉曼系统,这个工作应该是能够做出来的。


6

请问苏老师,spin-forbidden的dark exciton能不能测出来?                    


推荐这位同学去看一篇2019年的文献“Radiative control of dark excitons at room temperature by nano-optical antenna-tip induced Purcell effect”,是发表在Nature Nano Technology上的一篇文章。是关于二硒化钨暗激子的测量,在常温下利用针尖和样品之间的耦合效应,把暗激子测出来。


7

请问怎么知道自己的拉曼仪是近场还是远场?怎么用拉曼仪测异质结的界面呢?      


近场和远场的区别在于,近场需要测试的信号都是在样品附近一个波长之内。如果我们用物镜去测,用普通的共聚焦拉曼或者荧光光谱仪时,物镜的工作距离少说也有0.1-0.2毫米,比1个波长大了很多倍,这时肯定是远场信号。要想测近场,就必须要借助SNOM或者近场光学显微镜、针尖增强拉曼或针尖增强荧光设备。


8

普通的拉曼光谱仪是远场,跟SPM结合才可以实现近场拉曼吗? 


确实是这样,现在的针尖增强拉曼光谱仪都是通过这种模式实现的。通常的SNOM工作时,由于受光纤的孔径限制,激发和测试时效率都很低,所以更多能测的是荧光的信号,拉曼的信号很弱所以很难测出。


9

中性激子和负激子是怎么区分的呢?


如果从物理的机制上来理解的话,中性激子代表一个电子和一个空穴形成的束缚状态,负激子代表一个电子和两个空穴形成的束缚状态。因为负激子都是由中性激子生成的,所以它们之间会有一定的能量差值,负激子的发光能量要比中性激子的发光能量低一些。


10

近场探测里那个探针的作用是什么呢?


第一是为了增强探针下的信号,能够有效地测到纳米范围内样品的拉曼或者荧光的过程。另外,只有使用针尖才能提高空间分辨率,增强的电场位于针尖端部,尺度往往只有十几二十个纳米,测试纳米结构时就能有效提高空间分辨率。


11

老师,638nm激发下的探针是镀金的gap结构么,镀针怎么保护的呢?


我们使用的TERS探针都是镀金的,可以进行表面保护,但是保护了以后会降低针尖的增强效率。我认为Horiba的SPM设计里有些经验值得参考。这个设计中没有采用通常的contact模式下针尖直接划过样品表面的方法,而是采用半接触模式,每次测量时针尖接触样品,测试完成后针尖抬起,样品移动到下一个测试点时,针尖再次趋近后进行测试。这样既可以有效地保护探针又不损失针尖增强效果。


12

请问,有一页中样品的电容怎么测呢?


在原子力显微镜模式时,有电容测试这样的功能,利用的是电容和样品间距离二次微分的关系,测量出二次微分可以反演出电容的变化。


13

TERS和TEPL有什么使用限制呢?


我认为这更多是样品的问题,对于某些样品,发光很强但拉曼信号很弱。比如对于二硫化钨,用633纳米激光激发,能够看到很强的发光现象。而拉曼都淹没到发光信号里,所以无法得到针尖增强拉曼信号,只能测针尖增强荧光了。而相应地用532纳米激光去激发,用银针尖测二硫化钨,就能同时得到针尖增强拉曼和针尖增强荧光的信号。


14

请问苏老师,远场拉曼加组件可以实现咱们这种测试吗?


原理上是可以的,但是更难的是在技术上。现在的很多厂商造的SPM和拉曼互联的技术是通用的。


15

请问苏老师,PL测试时,激光强度需要很弱吗?


要很弱,能测到信号就可以了。因为针尖增强拉曼或荧光测试时,针尖下的电场强度是很强的,会引起一定的温度升高。激光强度越强则增强过的电场强度更强,温度升高剧烈,有可能损坏样品。


16

请问表面荧光和拉曼增强测试中表征二硫化钼缺陷荧光和拉曼用什么针尖最好,激光波长有什么具体要求吗?


其实针尖是和激发波长相关的,用532nm/514nm的激光测试的话,用银针尖效果最好。

如果632.8nm/638nm/657nm/785nm的话,都可以选择用金针尖。


17

请问苏老师,激子能量和激子结合能的关系是什么?


首先我们要看一种材料的禁带宽度是多少,当一个电子激到导带底后,弛豫一个较小的能量后和空穴结合,我们把弛豫的这部分能量叫做激子结合能。激子发光能量是把禁带宽度减去激子结合能后的能量。


18

请问苏老师,测二维材料用多长波长比较好呢?


这取决于到底是测荧光还是测拉曼,如果测荧光,要选择的波长至少要比发光的波长短一些;如果测拉曼信号的话,测试的波长要尽量远离荧光带。


19

请问远场可以测异质结的界面吗?如果远场不行,请问哪里可以测近场?


可以尝试,但是基本测不到,可以想象异质结的耗尽区宽度基本上在400纳米左右或者更小,通常共焦情况下,激光光斑的大小基本在300-400纳米左右,基本上是测不到异质结耗尽区宽度的。测近场可以联系HORIBA,他们在北京有个TERS演示中心,看看能不能测到。


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