Presentiamo un protocollo riproducibile di spettroscopia piezoriflettantezza a modulazione di deformazione che consente la misurazione di ΔR/R con rilevamento lock-in per cristalli di van der Waals trasferiti su piezoceramiche, e risulta caratterizzazione di transizioni ottiche dirette attraverso spettri ΔR/R utilizzando il fitting di terza derivata con la formula di Aspnes.
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Articolo metodologico
Spettroscopia di piezoriflettanza delle transizioni ottiche nei cristalli stratificati di van der Waals
In questo articolo
Sommario
Abstract
L'obiettivo di questo protocollo è consentire l'identificazione precisa delle transizioni ottiche dirette nei semiconduttori di van der Waals tramite spettroscopia piezoriflettante. Il metodo applica una piccola modulazione periodica di deformazione a un campione montato su un trasduttore piezoelettrico e rileva il cambiamento di riflettanza con un amplificatore lock-in, producendo spettri simili a derivati in cui un segnale di fondo viene eliminato e le caratteristiche dei bordi di banda diventano prominenti. Il flusso di lavoro dettaglia l'assemblaggio di un sistema ottico a banda larga a percorso singolo (sorgente alogene, monocromatore, ottica per microscopio, fotodiodo al silicio), integrazione di un preamplificatore a basso rumore ed elettronica lock-in, e una connessione sicura ad alta tensione alla piezoceramica. Le istruzioni a passo a passo coprono l'esfoliazione e il trasferimento delle scaglie, l'applicazione di adesivo ultrasottile, i contatti elettrici in pasta d'argento con polimerizzazione a temperatura ambiente, e l'acquisizione del componente AC (ΔR) e del componente DC (R) – riflettanza riferita dal chopper. L'elaborazione dei dati include la correzione di base, il calcolo di ΔR/R e l'adattamento con forme di linea standard di terza derivata per estrarre energie di transizione, allargamenti, fasi e forze relative. Le impostazioni rappresentative e la guida per la risoluzione dei problemi ottimizzano il rapporto segnale-rumore preservando l'accuratezza spettrale. Rispetto al contrasto di riflettanza e alla fotoriflettanza, questo approccio migliora i risultati per le transizioni sensibili alla deformazione e rimane efficace quando la modulazione intrinseca del campo elettrico è debole. Il protocollo supporta la mappatura su scala micrometrica e la compatibilità da strati sottili a massimi, ed è incoraggiato da integrare con misurazioni di fotoluminescenza o Raman, fornendo una via robusta e generalizzabile per la caratterizzazione ottica dei semiconduttori stratificati.
Introduzione
La spettroscopia piezoriflettante (PzR) è una variante della spettroscopia di modulazione a modulazione di deformazione che sfrutta interazioni luce-materia ben consolidate per estrarre con alta precisione energie eccitoniche e di transizione banda abanda 1. Nel PzR, il campione è montato su un trasduttore piezoelettrico; Una tensione alternata applicata genera una piccola deformazione periodica (δa/a) che perturba il reticolo cristallino e modula la struttura della banda elettronica, principalmente il gap di banda. Questo induce cambiamenti sincroni nella complessa funzione dielettrica e quindi nella riflettan....
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Protocollo
1. Assemblaggio del sistema per le misurazioni della piezoriflettanza (ΔR/R) con la tecnica lock-in
- Costruire il percorso ottico per eseguire misurazioni della piezoriflettanza in configurazione buia utilizzando una sorgente luminosa alogene a banda larga, monocromatico, fessura d'uscita con apertura regolabile, ottica a guida del fascio, stadio campione con microcontrollori XYZ, lente micro-obiettivo e rivelatore (ad esempio, rilevatore di fotodiodo a pini di silicio). Instradare un'anteprima del fascio verso una telecamera CCD per l'allineamento (Figura 1).
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Risultati
La piezoriflettanza lock-in (PzR) produce firme simili a derivate in transizioni ottiche dirette attraverso un ampio insieme di cristalli di van der Waals (vdW) e microstrutture semiconduttive. La Figura 6 mostra l'output grezzo tipico da un singolo punto in WS₂ acquisito con il flusso di lavoro nelle Sezioni 4–6: riflettanza AC modulata in deformazione ΔR, componente DC di riferimento proporzionale alla riflettanza R (Figura 6A) e rapporto .......
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Discussione
Qui presentiamo la spettroscopia piezoriflettante (PzR) per i cristalli di van der Waals, un protocollo che utilizza la deformazione periodica di un trasduttore piezoceramico per produrre spettri di riflettanza simili a derivati e isolare punti critici con alto contrasto. Rispetto al contrasto di riflettanza (RC), il metodo accentua le risonanze deboli o sovrapposte e si estende ai casi in cui RC fornisce un contrasto ambiguo, mantenendo però un unico percorso ottico a banda larga e comp.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Questo studio è stato finanziato da una sovvenzione del Centro Nazionale Polacco per la Scienza (PRELUDIUM BIS 4 ,
Progetto n. 2022/47/O/ST3/01965).
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Acetone (grado analitico) | Sigma-Aldrich / Merck | 650501 | |
| Fotocamera CCD | ad es. Hamamatsu Photonics / Princeton Instruments / Thorlabs | N/A | |
| Computer con software di controllo e acquisizione dati (ad es., LabVIEW) | National Instruments / Configurazione personalizzata | N/A | |
| DSP Lock-In Amplifier | Stanford Research Systems (SRS) | SR810 | |
| Lampada alogena EKE, 150 W 21 V (attacco GX5.3) | OSRAM | 93638 | Utilizzata come lampadina sostitutiva per il Thorlabs OSL1-EC Fiber Illuminator. |
| Film viscoelastico a base di PDMS in gel, foglio 4,0″×4,0″ | Gel-Pak | WF-40×40-0060-X4 | |
| Sorgente luminosa a fibra ad alta intensità (lampada alogena) - 150 W | Thorlabs | OSL1-EC | Il modello è elencato come fuori produzione (sostituito da OSL2) a partire dal 07 gennaio 2014. |
| Generatore di segnali rettangolari ad alta tensione | Prodotto su misura nel nostro laboratorio | HVG-3 | |
| Preamplificatore di corrente a basso rumore | Stanford Research Systems (SRS) | SR570 | |
| Obiettivo M Plan APO NIR 50× | Mitutoyo Corporation | 378-825-17 | È possibile utilizzare altri obiettivi con ingrandimento e trasmissione spettrale adatti a seconda del setup ottico. |
| Monocromatore / Spettrografo per l'imaging, lunghezza focale 320 mm - Zolix Omni-λ300i | Zolix Instruments Co., Ltd. | Omni-λ300i | |
| Controller per chopper ottico | Stanford Research Systems (SRS) | SR540 | |
| Componenti opto-meccanici e ottici (lenti, specchi, diaframmi, chopper ottico, divisori di fascio, fibre ottiche e supporti) | Thorlabs / su misura | Vari | |
| Disco ceramico piezoelettrico (Ø30 × 1 mm, PZT-5O, elettrodi in argento) | He-Shuai Ltd. | N/A | |
| Nastro adesivo per protezione superficiale in PVC a bassa adesione per sale bianche (blu) | Cleanroom Supply | N/A | |
| Fotodiodo PIN al silicio | ad es. Hamamatsu Photonics / Thorlabs | N/A | È possibile utilizzare altri tipi di fotorilevatori a seconda della gamma spettrale di interesse. |
| Vernice conduttiva argentata (“Leitlack”) | Busch GmbH & Co. KG | 5900 | |
| Smalto per unghie trasparente | Revlon, Inc. | N/A | Utilizzato come strato adesivo per fissare i fiocchi vdW. Può essere utilizzato come alternativa qualsiasi smalto per unghie trasparente di composizione simile. |
| Disolfuro di tungsteno (WS2), CAS 12138-09-9 | HQ Graphene | N/A | materiale campione |
Riferimenti
- Gavini, A., Cardona, M. Modulated piezoreflectance in semiconductors. Phys Rev B. 1, 672(1970).
- Dumcenco, D. O., et al. Piezoreflectance and Raman Characterization of Mo1−xWxS2 Layered Mixed Crystals. Solid State Phenomena. 170, 55-59 (2011....
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Ristampe e permessi
