黑磷纳米片的光电导激子吸收与层数关系介绍
黑磷,继石墨烯相关材料和过渡性合金混炼物后续另一种二维相关材料,会因为其可以调节的带隙、高迁出率和与光的强相护的功效等缺点,吸引了了更多成果转化历史学者对其光学元件和光电科技等特征的实验。
二维材料的光吸收是以二维光电导来描述的。在通常的二维材料中,激子吸收随着层数的增加而增强.以石墨烯为例,单层石墨烯的光电导在可见光和近红外波段是同一个常数,即σ0= e2/4ħ, N层石墨烯的光电导为Nσ0,与层数成正比。
对于少层黑磷纳米片,激子吸收随着层数的减小而增强(图3a)。这是由于层数越少,介电屏蔽越弱,量子束缚效应越强,因此激子结合能(电子和空穴的“吸引力”)越大,导致吸收越强。
在黑磷中,不管多少层,只有1对子能带参与光学跃迁,所以光电导都为~σ0;与之不同的是,对于石墨烯,有多少层就有多少对子能带参与光学跃迁。
图3(a)激子吸收与层数的关系;(b)带边吸收与层数的关系;(c)二维激子示意图