纳米显微术揭示金属性黑磷
介观与纳米尺度物理
2018-10-04 v1 材料科学
光学
摘要
层状和二维（2D）材料，如石墨烯、氮化硼、过渡金属硫族化物（TMDCs）和黑磷（BP），具有引人入胜的基本物理属性，并有望在电子学和光学中得到众多重要应用。其中，BP是一种新型二维材料，理论预言其在重掺杂时对于低于约0.4 eV的频率会表现出等离激元行为。BP的电子特性因其各向异性结构而独特，这可能强烈影响集体电子激发。BP作为纳米电子学和纳米光学材料的优势在于：与金属不同，其中的自由载流子密度可通过静电门控动态调控，这已通过其场效应晶体管的应用得到证明。尽管BP备受关注，其近场和等离激元性质尚未经实验研究。本文报道了BP纳米尺度近场性质的首次观测。我们发现了纳米薄膜BP的外部亮条纹近场图样和高表面极化率，这与其中红外（mid-IR）频率下的表面金属性、等离激元行为一致。该行为具有强烈的频率色散，在频率 {\omega}=1070 cm-1 以上消失，由此我们估算了等离子体频率和载流子密度。我们还在其他二维半导体（如TMDCs）中观察到类似行为，但在二维绝缘体（如氮化硼）中未观察到。这一新现象归因于半导体纳米薄膜的表面电荷积累。该发现开辟了纳米等离激元学和光电子学中的新研究领域与潜在应用。
引用
@article{arxiv.1506.05431,
title = {Nanoscopy Reveals Metallic Black Phosphorus},
author = {Yohannes Abate and Sampath Gamage and Li Zhen and Stephen B. Cronin and Han Wang and Viktoriia Babicheva and Mohammad H. Javani and Mark I. Stockman},
journal= {arXiv preprint arXiv:1506.05431},
year = {2018}
}
备注
9 pages, 5 figures