反差调教

近日，我系晏湖根课题组与高压科学贪图中心（HPSTAR）协作，对少层黑磷（2-13层）的带隙随压强的关系作念了系统贪图，揭示了二维黑磷能带结构的压强效应具有彰着的层数依赖关系，相关贪图效果以“Layer-Dependent Pressure Effect on the Electronic Structure of 2D Black Phosphorus”为题在线发表于《物理指摘快报(PRL)》。我系博士后黄申洋、高压科学中心陆阳博士为共同第一作家，晏湖根施展和陆阳博士为通信作家。陈斌贪图员和晏浩贪图员也在本项贪图中作出了焦灼孝顺。该责任获取了国度当然科学基金、科技部紧要研发贪图、上海市科委、复旦大学和运用名义物理国度重心践诺室等援救。

二维黑磷为一种半导体材料，具有好多优异的特色，是新一代红外光电器件的候选材料。压强不错支吾的改动材料的晶格常数，尤其在二维材料中不错有用的改动层间距，从而权贵地改动材料的电子结构。以往贪图标明，块材黑磷的带隙跟着压强的增大而减小，并在1.8 GPa 压强时带隙减小为零，从半导体变为半金属。这很容易误导东说念主们以为少层黑磷亦是如斯，至少定性上一致。然则由于少层黑磷在空气中极其不结识，给相关的践诺带来一定坚苦，相关压强效应的贪图鲜有报说念，现在为数未几的践诺贪图主要集合在压强对声子结构的影响，而关于东说念主们更感兴味的电子结构的变化于今莫得践诺贪图报说念。

晏湖根课题组凭借丰富的黑磷贪图训诫，克服样品变质、信噪比差和传压介质烦闷等坚苦，通过红外光谱初度对少层黑磷（2-13层）能带结构的压强效应作念了系统贪图，践诺搁置出东说念主预感：少层黑磷能带结构的压强效应具有彰着的层数依赖关系，举例两层黑磷在2GPa时带隙不但莫得减小反而增多，这与块材的进展迥然不同。另外皮少层黑磷中，由于层间相互作用而存在多个共振继承，这源自于不同子带间跃迁（如图1.c），时常按能量由低到高不错按序符号为E11，E22…。课题组发现，归并个层数中不同的跃迁（E11，E22…）峰位随压强变化也不尽交流（如图1.d，e），这骨子反映了层间相互作用随压强的改动。通过紧抑制模子可知，2GPa的压强便可引起层间相互作用发生18%的增强，这是其它调控妙技如面内应变、变温等所弗成相比的。这标明压强八成最为径直地改动层间距从而权贵的调控层间相互作用。进一步贪图发现，在金刚石对顶砧压机（一种常见的高压践诺建造，如图1.a）中，少层黑磷和金刚石砧面具有较好的贴合，因此少层黑磷骨子上受到的是垂直于二维材料的单轴压应变而非静水压。在该应变下黑磷层间距d(图2.a)减小，使得层间相互作用增多成人卡通漫画，从而带隙减小。而与此同期，黑磷褶皱的高度D(图2.a)也会减小，这甚而带隙增多。恰是由于这二者的竞争使得黑磷带隙随压强变化具有丰富的层数依赖关系(如图2.b)。

图1 少层黑磷的高压红外光谱。a，金刚石对顶砧压机知道图；b，光学显微镜下压机中少层黑磷的形容图；c，两层黑磷不同子带间的跃迁知道图；d，图b所示样品在不同压强下的红外消光谱；e，图d中3层、6层的E11，6层的E22峰位以及块材黑磷带隙随压强变化图。

图2 黑磷层数依赖的压强效应。a，三层黑磷的原子结构随压强变化知道图；b，不同厚度黑磷的光学带隙随压强的相对变化。

该责任初度揭示了少层黑磷能带结构随压强的演化规定，并进一步丰富了二维材料范德瓦尔斯工程的用具箱。晏湖根课题组已从事少层黑磷的贪图多年，这是继黑磷能带结构的层数演化（Nature Communications 2017， 8， 14071）、激子效应（Science Advances 2018， 4， eaap9977）、应更改控（Nature Communications 2019， 10， 2447）、反常光继承（Nature Communications 2020，11，1847）、从闲居到反常的温度效应（Physical Review Letters 2020，125， 156802）和双曲激子极化激元（Nature Communications 2021，12，5628）之后的又一项焦灼进展，为二维材料光与物资相互作用基础贪图范畴，以及黑磷在新式红外光电器件的运用范畴提供了焦灼科学依据。

论文长入：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.127.186401

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