مطيافية الانعكاس الكهرومغناطيسي للانتقالات البصرية في بلورات فان دير فال الطبقية

طورت أبحاثي مطيافية الانعكاس الهوائي لتحديد الانتقالات البصرية المباشرة في أشباه الموصلات الطبقية وفهم التغيرات الطيفية الناتجة عن الإجهاد. هذه الطريقة مناسبة للدراسات البصرية على مستوى الميكرومتر لأشباه الموصلات الطبقية، بما في ذلك بلورات فان دير فالس الضخمة والقليلة الطبقات. للبدء، احصل على المادة السائبة من بلورة فان دير فالس مثل ثنائي الكبريتيد التنجستن أو WS2 للتوصيف البصري.

قم بتخفيف المادة عن طريق تقطيعها مرارا وتكرارا باستخدام شريط لاصق حتى تصل إلى السماكة المفضلة. انقل الشظايا الرقيقة من الشريط إلى ختم بولي ديميثيل سيلوكسان، أو ختم PDMS، عن طريق وضع الطابع على الشريط. بعد حوالي خمس دقائق، قم بإزالة PDMS بحيث يمكن استخدام الرقائق المحتجزة على PDMS للنقل اللاحق.

نظف سطح البيزوسيراميك عن طريق شطفه بالأسيتون وجففه باستخدام هواء نظيف وجاف أو نيتروجين. ضع طبقة رقيقة جدا من وسط لاصق على السيراميك البيزوسيراميك. ضع فورا جهاز PDMS، حاملا الرقائق على اللاصق الرطب على السيراميك البيزوسيراميك.

اضغط بلطف لضمان التلامس. انتظر حوالي 30 ثانية ثم قم بإزالة PDMS بحيث تبقى المادة على السيراميك البيزوسيراميك. تحقق من الالتصاق بالفحص البصري أو تأكد تحت المجهر البصري إذا لزم الأمر.

وضع معجون فضي لتثبيت السيراميك البيزوسيراميك ووضع السيراميك البيزوسيراميك المحضر الذي يحتوي على العينة المنقولة على المسرح لضمان الاتصال الكهربائي مع الأقطاب السفلية للبيزوسيراميك. شكل التلامس الكهربائي العلوي باستخدام معجون فضي وسلك نحاسي. بعد تطبيق معجون الفضة، اتركه يجف ويتجاف في درجة حرارة الغرفة لمدة تقارب 10 ساعات قبل المتابعة.

ثم أدخل العينة المثبتة في الإعداد البصري. توصيل الأقطاب الكهربائية بالتيار المتردد أو مولد جهد التيار المتردد وإلى الأرض باستخدام أسلاك معزولة. حافظ على عزل جميع الموصلات المكشوفة ووضعها بعيدا عن المسار البصري.

شغل مصدر ضوء الهالوجين واضبطه على أقصى خروج. تأكد من أن المقطع البصري لا يعيق شق مدخل أحادي التلوين. توجيه الشعاع إلى كاميرا الجهاز المرتبط بالشحنة ومحاذاة النقطة على المنطقة المختارة من العينة باستخدام متحكمات XYZ.

ثم ضبط فتحة الحجاب الحاجز للقزحية لضبط قطر البقعة على العينة. قم بتبديل مسار الإشارة من معاينة جهاز الزوج الشحني إلى كاشف الصمام الضوئي بدبوس السيليكون عن طريق إزالة مقسم الشعاع من المسار البصري. بعد ذلك، قم بتكوين المضخم المسبق عن طريق ضبط جهد الانحياز، نوع الفلتر، وقطع القطع.

إزاحة الإدخال، وضع الكسب، والحساسية لتحقيق إشارة مستقرة دون تشبع. وثق القيم المختارة. قم بتكوين مضخم القفل لعرض مكون X في الطور.

قم بتعيين التردد المرجعي لمولد جهد التيار المتردد واختيار المصدر المرجعي الداخلي. ثم اختر ثابت زمني مناسب وحساسية. قم بتفعيل مولد جهد التيار المتردد وضبط السعة المطلوبة.

تحقق من أن الإشارة تصل إلى السيراميك البيزوسيراميك دون أن تتجاوز الجهاز. شغل تطبيق الاستحواذ واختر وضع القياس المقابل لمخرج قفل X. أدخل معلمات متسقة في العتاد، بما في ذلك ثابت زمني يمثل معدل العينة، وحدد المسار إلى ملف نص الإخراج لحفظ البيانات.

حدد النطاق الطيفي في الطول الموجي أو طاقة الفوتون وضبط حجم خطوة أحادي اللون وفقا لحدود الأداة. قم بتهيئة الأجهزة، وابدأ الفحص، ودعه يستمر دون انقطاع حتى نهاية النطاق المبرمج. قدر المدة الكلية بضرب عدد الخطوات في ثابت الزمن، وخطط وفقا لذلك.

بعد الانتهاء، قم بإيقاف مولد جهد التيار المتردد دون الإزعاج في موضع العينة. تأكد من أن مولد جهد التيار المتردد لا يزال مطفأ. حافظ على موقع الشعاع على العينة دون تغيير.

لضمان الحفاظ على التركيز، توجه الشعاع إلى معاينة الجهاز المرتبط بالشحنة. أعد التركيز وأعد تمركز المكان. ثم أعد مسار الإشارة إلى الثنائي الضوئي.

شغل المقطع البصري باستخدام وحدة التحكم الخاصة به واضبط التردد مساويا لتردد التعديل المستخدم سابقا. تحقق من أن مخرج مرجع التشوبر متصل بمدخل المرجع القفل (lock-in). قم بتكوين مضخم القفل لعرض الانعكاس المرجعي R، واختيار وحدة تحكم التقطيع كمصدر مرجعي خارجي.

قم بضبط ثابت الزمن والحساسية للحفاظ على إشارة مستقرة مع الحفاظ على إعدادات المضخم المسبق كما هي. في تطبيق الاستحواذ، اختر وضع القياس الذي يمثل قناة R المثبتة. مطابقة ثابت الوقت مع إعداد القفل وحدد مسار ملف نص جديد للمخرجات.

قم بتسمية الملفات لترميز العينة، والموقع، ومعلمات الاكتساب لربط مجموعات البيانات. اضبط نفس النطاق الطيفي وحجم خطوة الأحادي اللون التي استخدمت أثناء قياس مكون دلتا R لتلك البقعة على العينة. ابدأ الفحص ودعه ينتهي تماما.

بعد الانتهاء، أطفئ المقطع البصري. إذا لم تكن هناك قياسات أخرى مخططة، قم بإيقاف مصدر الضوء، وجهاز التلوين الأحادي، والأجهزة الأخرى. بعد تصنيف مجموعات البيانات، يتم حساب ورسم دلتا R المعدل مقسوما على طيف R مقابل طاقة الفوتون لتحديد الانتقالات البصرية.

وأخيرا، قم بملاءمة الطيف باستخدام نموذج شكل الخط Aspnes عن طريق اختيار نطاق طاقة يشمل الرنين، وتحسين المعلمات بشكل تكراري، والتحقق من صحة التوافق بناء على البواقي والاستقرار. تم قياس المكون التيار المتردد المعدل دلتا R والمكون المستمر المتناسب مع الانعكاس R لبقعة واحدة في ثاني كبريتيد التنجستن. أظهر دلتا R المصحح على طيف R المصحح على R رنينات إكسوتينية واضحة.

أعاد توافق المشتقة الثالثة من أسبنس إنتاج دلتا R مقسومة على طيف R. تم تقسيم النموذج إلى أربعة مكونات وتم عرض مجموعها بخط متقطع. تم الحفاظ على شكل خط دلتا R بينما زادت السعة بشكل أحادي مع زيادة جهد التيار المتردد من 100 إلى 1,200 فولت.

كانت الشدات القصوى عند الطاقات المختارة تتغير خطيا مع سعة الجهد المطبقة. زيادة ثابت وقت القفل من ثلاث ثوان إلى 10 ثوان و30 ثانية قللت الضوضاء عالية التردد وكشف عن ميزات أضعف في ثاني كبريتيد الموليبدين. يتيح ذلك للباحثين اكتشاف الانتقالات البصرية المباشرة المستجيبة للإجهاد في تلك المواد بحساسية معززة.

التحدي الرئيسي هو تعظيم نسبة الإشارة إلى الضوضاء مع ضمان نقل إجهاد فعال وتثبيت عينات مستقر لقياسات بصرية موثوقة. يمكن للدراسات المستقبلية توسيع هذه الطريقة لتشمل الطبقات الأحادية والهياكل غير المتجانسة لاستكشاف تأثيرات الإجهاد والانتقالات البصرية في الأنظمة الأكثر تعقيدا.