文献综述(或调研报告):高结晶二硫化钼()薄膜由被弱范德瓦尔斯层间力紧密结合在一起的原子所形成的原子层组成。在单层和多层薄膜中,存在强烈的光致发光现象和反常的晶格振动,这说明从三维结构到二维结构转变时,的物理和结构特性发生了变化。耦合谐振子的经典模型和介电屏蔽特性的异常变化可以解释峰的厚度依赖性。厚度依赖的变化也反映在这些材料的电学性能中。二硫化钼的拉曼光谱也随着层数的增加会发生显著的变化,这种依赖于厚度的拉曼光谱存在于十几种不同层数的二硫化钼薄片中。单层与多层的拉曼光谱差异很大,可以看到,单层有最强的PL信号和拉曼光谱,而块状的PL信号可以忽略不计。这两个PL峰分别在670和630 nm左右,分别对应于1.85和1.97 eV处的A1和B1直接激子跃迁。值得注意的是,双层、三层和四层的PL信号明显弱于单分子层。如图:
这是因为单层是直接带隙材料,而多层是间接带隙材料。在超薄和大块中都可以观察到 (在块状中约为383)和 (在块状中约为408)模式。随着层数的增加,峰的频率减小,峰的频率增大。如图所示:
随着层数的增加,中的层间范德瓦尔斯力抑制原子振动,使力常数增大。因此,和模式都应该加强(蓝移)。随着层数的增加,峰的蓝移与预测的加强一致,而峰呈现红移而非蓝移,说明层间范德瓦尔斯力的增加作用较小,而叠加引起的结构变化或多层中的长程库仑层间相互作用可能主导原子振动的变化。需要注意的是,即使在给定厚度的区域,峰值强度图像的对比度也不均匀,用峰宽映射来区分层数更加困难。如下图:
此外,同样无法用的峰值强度或宽度区分层数;而频率的变化与层数的变化有很好的对应关系。对于给定的厚度,峰值频率是均匀的。拉曼光谱峰的强度和宽度随薄膜层数的增加而变化,只有和峰的拉曼频率随超薄薄片层数的增加而单调变化。
所以和峰值频率可以用来识别超薄薄片的层数,其精度远远高于使用峰值的强度和宽度来确定层数。
参考文献:
[1] Najmaei, S., Liu, Z., Ajayan, P. M. Thermal effects on the characteristic Raman spectrum of molybdenum disulfide (MoS2) of varying thicknesses, Applied Physics Letters, 2012, 100(1): 013106
[2] Li, H., Zhang, Q., Yap, C. C. R. From Bulk to Monolayer MoS2: Evolution of Raman Scattering, Advanced Functional Materials, 2012, 22(7): 1385-1390
