方法論記事

ヴァンデルワールス層状結晶における光学遷移の圧電反射分光法

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DOI：

10.3791/70205

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2026年5月22日

 ,  , 
1Wrocław University of Science and Technology

この記事について

サマリー

私たちは、ファンデルワールス結晶が圧電セラミックスに移された際のロックイン検出によるΔR/R測定を可能にする再現可能なひずみ変調圧反射分光プロトコルを提示し、Aspnes式を用いた三次微分フィッティングを用いたΔR/Rスペクトルを通じた直接的な光学遷移の特性評価を得ています。

要約

このプロトコルの目的は、圧阻反射分光法によってファンデルワールス半導体の直接的な光遷移を正確に同定することにあります。この手法は、圧電トランスデューサーに取り付けられた試料に小さな周期的ひずみ変調を適用し、ロックイン増幅器で反射変化を検出することで、背景信号が除去され、バンドエッジの特徴が顕著になる微分的なスペクトルを生成します。ワークフローは、単一経路の広帯域光装置(ハロゲンソース、モノクロメーター、顕微鏡光学、シリコンフォトダイオード)の組み立て、低ノイズのプリアンプとロックイン電子回路の統合、そして圧電セラミックへの安全な高電圧接続を詳細に含みます。段階的な指示には、剥片の剥離と転移、超薄型接着剤の塗布、室温硬化による銀ペースト電気接点、そして反射率をチョッパーで参照する交流成分(ΔR)および直流成分(R)の取得が含まれます。データ処理には、ベースライン補正、ΔR/Rの計算、標準的な三次微分線形状へのフィッティングが含まれ、遷移エネルギー、広がり、相、相対強度を抽出します。代表的な設定とトラブルシューティングのガイダンスにより、スペクトル精度を維持しつつ信号対雑音比を最適化します。反射コントラストやフォトリフレクタンスと比較して、この方法はひずみ応答遷移の効果を向上させ、内在電場変調が弱い場合でも効果を発揮します。このプロトコルは薄層からバルク層までのマイクロメートル規模のマッピングと互換性をサポートし、フォトルミネッセンスやラマン測定との補完が推奨されており、層状半導体の光学特性評価への堅牢で汎用的なルートを提供します。

概要

ピエゾリフレクタンス分光法(PzR)は、確立された光と物質の相互作用を利用して高精度な励起子およびバンド間遷移エネルギーを抽出する、ひずみ変調分光法の変調型です。PzRでは、試料は圧電トランスデューサーに取り付けられています。印加された交流電圧は小さな周期的ひずみ(δa/a)を発生させ、結晶格子を摂動し、主にバンドギャップなどの電子バンド構造を変調させます。これにより複素誘電関数に同期変化が生じ、反射率ΔRが検出され、位相感応(ロックイン)法で検出され、ゆっくりと変化する背景を強く抑制した微分のような線形が得られます。目的は、ファンデルワールス(vdW)結晶や半導体微細構造(超格子、量子井戸、ヘテロ接合を含む)の定量的な光学特性解析を可能にすることです。これにより、従来の反射コントラスト(RC)ではしばしば見えない弱いバンドエッジの特徴を明らかにし、高度な電子および光電子応用に関連するストレイン-励磁子結合の制御された制御を提供することです。5、6。このプロトコルはマイクロメートルスケールの剥片と互換性があり、可変変力下での多モーダル解析のために光発光やラマン測定と共登録可能です。さらに、接着剤を使わない構成として、vdW結晶を直接ピエゾセラミックス上に剥離し、マイクロンサイズのvdWフレーク7中の微小圧減反射率(μPzR)を測定する方法も研究しています。

通常vdW結晶やヘテロ構造に適用される反射コントラストと比較すると、圧電反射は実用的かつ解析的にいくつかの利点を提供します。ロックイン検出されたPzR信号は本質的にΔR/Rに正規化されているため、光子フラックスが良好な信号対雑音比を保つ限り、絶対スループットがドリフト1になってもスペクトル線の形状は保持されます。変調スペクトルの微分特性は、ゆっくりと変化する背景を抑制し、状態の総光密度の臨界点に関連する光学遷移を鮮明にすることで、エネルギー分解能を向上させ、弱い帯間励起子やバンド間遷移でも信頼性の高い抽出を可能にします11,12。PzR測定は、遷移エネルギーE、強度I、または広Γが加えられたひずみに応答するパラメータを持つ遷移のみを選択的に探査します。したがって、ひずみに感応しないスペクトル領域は信号を出さず、真に応答的な遷移は高コントラスト1,13,14で際立っています。一方、RCは2つの独立して測定された反射スペクトル(通常は基板から取られるサンプルと基準)を差し引くため、小さな不一致やドリフトはスペクトル範囲全体にわたる大きなゼロでない基準線に変換されます。したがって、弱い遷移はこの背景によって隠されやすく、これはRCがPzRで顕著な帯間特徴(例:FePS₃やNiPS₃)を分解できない材料で明示的に示されています。一方、MoS₂では強い遷移はどちらの方法でも可視化されます。

従来の反射率の応力変調に対応するものとして、PzRは変調分光法の独立した分野を定義し、周期的な一軸または共平面応力が変形ポテンシャルや対称選択法則1,15,16,17,18,19,20,21,22,23と直接関連する微分的特徴を分離します、24。変調分光法の60年の歴史の中で位置するピエゾ変調反射率は、1960年代にIV/III–V族半導体の測定に初めて応用されたことから、バルク結晶、ヘテロ構造、vdW材料1,15,16,18,19,25,26における変形ポテンシャル、キャリア特性、励起子構造の多用途プローブへと進化しました。27。PzRは1960年代初頭に登場し、Ge15およびSi28における圧電反射の画期的な実証、さらにGe、GaAs、Si全体にわたる圧電電気反射の実証が行われました。1970年代初頭の基礎理論・実験は形式主義を確立し、包括的なレビューを提供しました 1,25。その後のルネサンスにより、PzRは弾性極限における変形ポテンシャルの直接的なプローブとして確立され、振動系状態感度の高い技術として確立されました。17は1990年代にせずみ状構造への応用を促進し、制御された一軸または共平面応力形状の下でエピ層、量子井戸、超格子における電子/正孔特性や空間的局在化を解消しました。.2000年代以降には、半導体ナノ構造やヴァンデルワールス(vdW)材料にも範囲が拡大し、表面量子ドットの閉じ込め状態遷移を捉え、TMDや合金26,27の電子バンド構造のプローブを検出しました。この文献を通じる共通点は、単結晶に対する圧電トランスデューサー、蒸発金属膜21,22、またはイオンおよび金属結晶(例:KI、KBr、Cu)23の低周波曲げによる、静的かつ動的な一軸応力を組み合わせる装置によって、よく制御された周期的に変調された応力の適用です.このコーパスを基に、本手法はvdW結晶やヘテロ構造の開かれた機会を狙います。反射コントラストで弱いまたは見えない励起子遷移のプローブ、応力結合の可能化、PzRとPL測定やラマン分光法の統合による多モーダルかつひずみ分解による特性評価19,26,27.したがって、リーダーは既存の光学プローブと並んで、または組み合わせてPzRを配置してシステムの適合性を判断できます。

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プロトコル

1. ロックイン技術を用いた圧電反射率(ΔR/R)測定のためのシステムの組み立て

  1. 広帯域ハロゲン光源、モノクロメーター、開口部調整可能な出口スリット、ビームステアリング光学系、XYZマイクロコントローラを用いた試料段、マイクロ対物レンズ、検出器(例:シリコンPINフォトダイオード検出器)を用いて、暗い構成で圧電反射測定を行う光経路を構築します。ビームのプレビューをCCDカメラにルーティングし、アライメントを行います(図1)。

figure-protocol-1
図1:実験装置の回路図。ピンクセクションはチョッパー参照反射率測定用で、信号対雑音比が良い場合のみです。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

  1. フォトダイオードとロックインアンプの間に低ノイズ電流プリアンプを追加して電子チェーンを統合します。検出信号の交流成分と直流成分をロックインアンプにルーティングします。
  2. 絶縁リードを介して機能/交流電圧発生器を圧電セラミック素子に接続します。チョッパーの基準出力をロックインにルーティングして反射率測定を行います。
  3. 単色器やロックインアンプと通信し、検出器信号を読み取り、結果をテキストファイルに書き込む制御・取得アプリケーション(例:LabVIEW)を開発します。ホストコンピュータ上で計測器ドライバーと通信ポートを設定してください。アプリケーションブロック図の例は 図2 を参照してください。
  4. ロックイン出力をコンピュータに接続してデータログを行います。光学アライメントが完了した後、システムの電源を切った状態で実験を一時停止できます。

figure-protocol-2
図2:モノクロメーターロックイン制御およびデータ取得のためのソフトウェアワークフロー。制御プログラムのブロック図(例:LabVIEW)。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

注意:制御/取得の用途はハードウェアに依存します。有効なセットアップは機器モデルや配線に異なり、特定のLabVIEWコード例は移植性がなく、したがって提供されません。代表的なスクリーンショットについては補 足図1を参照してください。

2. サンプルの調製

注:必要な装備については 図3 を参照してください。

  1. 特徴付けるバルク材料(例:MoSe₂、MoS₂、WSe₂、WS₂などのファンデルワールス結晶)を粘着テープで繰り返し切断し(図4A)、望ましい厚さに達するまで薄めます。
  2. 薄めた断片をテープからPDMSスタンプに移すには、PDMSをラミネートして貼り付け(図4B)、約5分後にPDMSを剥がして剥がし、フレークがPDMSに残るようにします(図4C)。これはその後ピエゾセラミックに移すためです。
  3. 認証済みの化学煙幕フードでアセトンですすぎて圧電セラミック表面を清掃してください。表面は清潔で乾燥した空気か窒素で乾かします。
    注意:アセトンは非常に可燃性で揮発性が高いです。着火源を避け、吸入や目と肌の接触を避け、排気フード内の認可容器に廃棄物を収集してください。適切なPPE(白衣、安全メガネ、耐薬手袋)を着用してください。
  4. 圧電セラミック(図4D)に非常に薄い接着剤層を塗布します(例:無色のネイルポリッシュを薄い接着剤として、または厚いフィルムには瞬間接着剤層)。揮発性接着剤は化学換気フードで扱い、移送前に最小限の量を残してください。接着剤の薄い層が乾燥しないように、迅速に次のステップに進みましょう。
    注意:多くの接着剤には可燃性溶剤が含まれています。認定された化学煙幕の中で取り扱い、点火源から離れてください。
  5. フレークを載せるPDMSを圧電セラミックの湿接着剤に置き、接触を確実にするために優しく押します(図4E)、約30秒待ってからPDMSを剥がして材料が圧電セラミックに残るようにします(図4F)。目視による接着の確認;必要に応じて、または望む場合は光学顕微鏡で確認してください。
    注意:剥がれや剥がれを防ぐために、接触時にPDMSスタンプの横滑りを避けてください。PDMSを滑らかに引き戻します。

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図3:剥離および圧圧セラミックへの移転のための材料。この図の拡大版はこちらをクリックしてください。

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図4。剥離されたvdWフレークをピエゾセラミックアクチュエーターに段階的に準備・移送する方法。(A) 粘着テープを用いた繰り返しの切断によるバルク結晶の厚さ減少。(B) PDMSスタンプをテープにラミノ化し、薄くなった破片を拾うこと。(C) ピンセットでPDMSスタンプを剥がす;角質剥がしはPDMSで目で確認できます(厚さによります)。(D)薄い接着層を圧電セラミック表面に塗布し、フレークの接着とひずみ移動を促進すること。(E) PDMSスタンプのフレークを湿接着層に貼り付けて転写すること。(F) PDMS除去後にフレークを接着した最終圧圧セラミックアクチュエータで、光学アライメントおよび圧電反射測定の準備が整います。この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

3. サンプルのマウントと接続

  1. 圧電セラミックに交流電圧を印加できるように、別々の電極を作成します。
    1. 移した試料を添えた圧電セラミックを試料ステージに置き、銀ペーストで機械的に固定し、圧電セラミックの底部電極との電気接触を確保します。
    2. 銀のペーストと銅線を使って上部の電気接点を形成します。接触損傷を防ぐために、銀ペーストが完全に乾くまで(室温で約10時間以上)電圧をかけてください。
      注意:銀ペーストは水生生物に非常に有毒であり、長期的な悪影響を引き起こします。眠気やめまいを引き起こすことがあります。可燃性の液体と蒸気。
  2. 銀ペーストを塗った後、室温で約10時間硬化させてから進めます。調製された試料は、接点が無傷で電気を通す限り安全に保管できます。
  3. マウントされたサンプルを光学装置に挿入します。絶縁線(図5)で電極を交流電圧発生器と接地に接続します。露出したすべての導体は絶縁され保護され、光経路から離しておきましょう。
    注意:高電圧が存在する場合(例:最大1500 V ACなど);絶縁リードを使用し、適切な接地を確認し、ライブコンタクトには触れないでください。接続部を囲むか、利用可能な場合はインターロックを使用してください。

figure-protocol-5
図5:ピエゾセラミックディスクアクチュエータおよび光学アライメントのための試料ステージマウント。 (A) 表面に試料が貼り付けられた圧電セラミック円盤(Ø30 mm)の上方図;リードは上部(見える)と下部(圧電セラミック円盤の下に隠れている)電極に接続されています。(B) 手動X–Y移動段にマイクロメーター駆動で搭載され、光学アライメントのためのマイクロメートル精度の位置決めが可能となるアクチュエータ。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

4. ΔRに比例するロックイン交流成分とRに比例する直流成分の測定

  1. ハロゲン光源をつけて最大出力に設定してください。光学チョッパーがモノクロメーター入口のスリットを妨げていないか確認してください。
  2. モノクロメーター、プリアンプ、ロックインアンプ、CCDカメラ、制御コンピュータに電源を入れ、制御・取得アプリケーションを搭載しています。システムが安定するまで少なくとも10分は待ちましょう。信号の安定化は、ハロゲンランプを点灯させることによる加熱に依存しています。
  3. モノクロメーターを0波長に設定し、ランプの全スペクトルが通過するようにします。測定に適した回折格子/溝密度を選択します。
  4. 望ましいスペクトル分解能を得るために、モノクロメーターの入口/出口スリットの望ましい幅を設定します。
    注:スリットが狭いほど、測定のスペクトル分解能は向上します。しかし、試料に届く光が減り、検出された信号は弱くなります。パラメータは最適な効果を得るために実験的に調整する必要があります。
  5. ビームをCCDカメラにルーティングし、XYZマイコンを使って試料の選択領域のスポットを整列させます。アイリスダイアフラムの絞りを調整して、試料のスポット直径を設定します。
  6. 信号経路をCCDプレビューからシリコンPINフォトダイオード検出器に切り替えます。
  7. プリアンプの設定:バイアス電圧、フィルタタイプ/カットオフ、入力オフセット、ゲインモード、感度を設定し、飽和のない安定した信号を実現します。選んだ価値を記録しましょう。サンプル設定については 補足図2を参照してください。
  8. ロックインアンプをX(同位相)表示するように設定します。交流電圧発生器の周波数として基準周波数(例:280 Hz)を設定し、内部基準源を選択します。次に適切な時間定数(通常≥秒、弱い信号は最大~30秒)と感度を選びます。サンプル設定については補 足図3Aを参照してください。
    注意:材料の反応と利用可能な光に基づいて、類似の試料で成功した値から時間定数と感度を経験的に最適化してください。測定点間の時間間隔(遅延)は、測定時に設定された時間定数よりも長くなければなりません。
  9. 交流電圧発生器を有効にし、望む振幅(例:100 V)を設定します。信号が圧電セラミックに到達し、デバイスを過駆動にしないか確認してください。サンプル設定については 補足図4Bを参照してください。 生成された電圧の周波数はロックインアンプから参照されます。リード交換前に出力が無効化されているか確認してください。すべての電気接続を固定した後にのみ出力を有効にしてください。
  10. 取得アプリケーションを起動し、Xロックイン出力に対応する測定チャネルを選択します。ハードウェア整合性のあるパラメータ(時間定数とサンプリングレート)を入力し、データを保存するための出力テキストファイルパスを指定します。
  11. 装置の限界に応じてスペクトル範囲(波長または光子エネルギー)とモノクロメーターのステップサイズを定義します。
    注意:理想的には、スペクトルベースラインが期待される光学遷移の範囲外にゼロになるほど十分な広い範囲が望まれます。測定のスペクトル分解能はモノクロメーターのスリット幅に依存することを覚えておいてください。
  12. スキャンを開始し、プログラム範囲の終わりまで途切れずに続けます。総時間は(ステップ数)×(時間定数)として推定し、それに応じて計画を立てます。スキャンが始まったら中断しないでください。一貫したロックインフィルタリングには継続的な取得が必要です。
  13. 完了後、試料の位置を乱さずに交流電圧発生器をオフにします。反射率(R)測定を進めてください。

5. チョッパー参照ロックインモードを用いた追加の直流反射成分(R)の測定

  1. 交流電圧発生装置がオフのままであることを確認してください。
  2. 試料上のビーム位置を変えないでください。フォーカスが不確かな場合は、ビームをCCDプレビューに送り、スポットを再フォーカスして再センタリングし、信号経路をフォトダイオードに戻します。
  3. 光学チョッパーをコントローラーで起動し、周波数を以前使った変調周波数(例:280 Hz)に等しく設定します。チョッパーの基準出力がロックイン基準入力に接続されているか確認してください。サンプル設定については補 足図4Aを参照してください。
  4. プリアンプの設定は変えずに。ロックインアンプでR(参照反射)ディスプレイを選択し、チョッパーコントローラを外部参照源として選び、入力パラメータをセクション4と同一に設定します。時間定数(例:0.1秒から0.3秒)と感度を調整して信号を安定させます。サンプル設定については補 足図3Bを参照してください。
    注意:Rの時間定数は短く、信号値はΔRに比べて大きくなると予想してください。
  5. 取得アプリケーションでは、ロックインRチャネルを選択し、ロックイン時間定数設定をミラーリングします。出力テキストファイルの新しいパスを設定してください。サンプル、サンプル上の位置、取得パラメータを符号化する名前ファイルで、セクション4(ΔR)とセクション5(R)のデータセットをペアとしてマッチングできるようにします。
  6. 同じサンプルのスポットに対して、セクション4で使用したスペクトル範囲とモノクロメーターのステップサイズを設定します。スキャンを開始して完了まで実行してください。
  7. 完了したらヘリを切ります。同じ日に追加の測定が予定されない場合は、光源、モノクロメーター、その他の機器をオフにしてください。

6. 圧電反射率スペクトル(ΔR/R)の解析

  1. セクション4とセクション5で収集した2つのテキストファイルを、プロットやデータ操作が可能なデータ解析ソフトウェア(例:OriginLab)で開いてください。
  2. 分かりやすくするためにデータセットにラベルを付けてください(例:セクション4のΔRはPzR、反射率はセクション5のR)。PzR信号と光子のエネルギーまたは波長を適切な軸でプロットします。x軸に光子エネルギー(eV)を優先します。
  3. PzR基準線が期待される遷移の外でゼロから逸脱した場合、直線または基準線の減算を行い、共鳴外領域をゼロにします。使用された操作パラメータを文書化してください。
  4. ベースライン補正済みPzRデータをRデータで点ごとに割ってΔR/Rを計算します。得られたΔR/Rを新しいデータセットとして保存します。
  5. ΔR/Rと光子エネルギーをプロットして、光学遷移時の共鳴を可視化します。スペクトルを検査し、既知の遷移と一致する特徴を探してください。
  6. Aspnesの線形形式12 (式1)を用いて遷移エネルギーと広がりを抽出します。適合パラメータと不確実性を報告します。
    figure-protocol-6
    ここで y0 – 基準レベル(共鳴付近のスペクトルの平坦な線)、a, b – 遅いドリフトや曲率を吸収するための任意の線形/二次基準値項(必要に応じてのみ使用)、θ – 共鳴位相、Eg – 遷移エネルギー(ピーク位置)、Γ – 線幅/遷移の広がり、C – 共鳴振幅、m – 臨界点指数、j – 遷移指数。
    注意:離散的な励起子特徴については m = 2 を用い、帯域間の臨界点については、m = 2.5 または m = 3 を使用します。私たちの実践では、低温では通常 m = 2 に設定します。T>100 Kの場合、m = 2.5とします。このパラメータは研究対象の材料にも依存します。
    1. 共鳴ウィンドウを選択します。特徴をきれいに挟み込み、両側に短い共鳴外のセグメントを含む適切な音域をマークしてください。
    2. フィットパラメータの強い初期推測を入力します。フィットダイアログでは、読み取れるパラメータを事前に埋めておきます。例えば、Eg – x軸の極値から;y0 – y軸の局所ベースラインから;C – ピーク間振幅から;m – 上記のルールに従い;A, B – ゼロに設定し、フィット線形状の補正が必要な場合のみアンロック。y0以外のすべてのパラメータをロックしてください。
    3. フィッティングパラメータを一つずつ繰り返しアンロックします:
      C→フィットを解除する
      解錠 θ →フィット
      Γ →のアンロックフィット
      Unlock Eg はフィット→
      これにより最終的なファインアライメントが行われます。残差傾きや曲率が残る場合のみ、aを解除し、その後bを解除します。そうでなければ、a = b = 0のままにします。
      注:収束を安定させる境界:Γ ∈ [5,300] meV;θ ∈ [−π, π];C > 0;eg は視覚極値から± 50 meV 以内;± 2 内の y0 × 非共鳴の平均二乗根(RMS);∣a∣と∣b∣は小さく保つ(ベースラインのみ)。
    4. 当てはまるとき:残差はウィンドウ内ではゼロ付近で構造がありません。パラメータはウィンドウのわずかな変化で<1%変化します。また、攪乱された種子から再適合しても同じ溶液が得られます。
  7. 各直接遷移の係数を式2を用いて計算します。
    figure-protocol-7
    注:インデックスjはモデルに含まれる各臨界点/遷移をラベル付けします(例:j = 1 for A励起子、j = 2 for B励起子、j = 3 高エネルギー帯間特徴など)。各jは独自のフィットパラメータ(Ej, Γj, mj, Cj, θj)を持ちます。ただし、弾性|Cj∣は式2に入るため、Δρj は位相に依存しません。
    1. Aspnes(TDFF)フィット(セクション6.6)から取ったパラメータ(Ej, Γj, mj, Cj)を用いて、各フィット遷移に対してΔρj(E)を計算します。サンプルや条件間の遷移強度を比較するために、Δρj(E)(必要に応じて総Δρ(E) = ∑jΔρj(E))をプロットします。

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結果

ロックイン圧電反射(PzR)は、広範なファンデルワールス結晶や半導体微細構造の直接的な光学遷移において微分様のシグネチャーを得ます。 図6 は、WS₂の単一スポットからの典型的な生出力を示しており、セクション4–6のワークフローで取得されています:ひずみ変調AC反射率ΔR、反射率Rに比例した基準直流成分 (図6A)、 および基準補正比ΔR/R (図6B)。280 Hz、100 Vで駆動される圧電セラミック円板(厚さTH = 1 mm、外径=30 mm)では、3秒から30秒のロックイン時間定数を用いて、10⁻5〜10⁻4 オーダーのΔR/Rピーク大きさを日常的に得られ、反射コントラスト(RC)では曖昧または見えない弱い励磁共鳴を明確に可視化できます。

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ディスカッション

ここでは、ファンデルワールス結晶の圧電反射(PzR)分光法を紹介します。これは、圧電セラミックトランスデューサーからの周期的なひずみを利用して微分的な反射スペクトルを生成し、高コントラストの臨界点を分離するプロトコルです。反射コントラスト(RC)と比較して、この方法は弱いまたは重なり合う共鳴を鮮明にし、RCが曖昧なコントラストを提供しつつ、単一広帯域光経路と単一層からバルクまでの互換性を保持するケースにも拡張されます。主なトレードオフは絶対ねじれ校正の欠如と取得時間の延長です。

ここでのすべての測定はプロトコルで指定された暗い配置30で行われました。単色器を試料の上流に配置することで迷離光を最小限に抑え、ΔRでのノイズ信号も最小化するためです。明るさ構成は圧電反射率測定にも利用可能ですが、暗い経路はデフォルトとみなすべきです。一般的に、アウトカムの質を決定づけるステップは以下の三つです。

サンプルの取り付け:接着...

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開示事項

著者たちは何も明かすことはありません。

謝辞

この研究はポーランド国立科学センター(PRELUDIUM BIS 4)からの助成金によって支援されました。

プロジェクト番号 2022/47/O/ST3/01965)。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
アセトン（分析試薬グレード）Sigma-Aldrich / Merck650501
CCDカメラ例：Hamamatsu Photonics / Princeton Instruments / ThorlabsN/A
制御およびデータ取得ソフトウェア（例：LabVIEW）を持つコンピュータNational Instruments / カスタムセットアップN/A
DSP ロックインアンプStanford Research Systems (SRS)SR810
EKE ハロゲンランプ、150 W 21 V (GX5.3 ベース)OSRAM93638Thorlabs OSL1-EC ファイバーイルミネータの交換用電球として使用。
ゲルフィルム PDMSベースの粘弾性フィルム、4.0'×4.0' シートGel-PakWF-40×40-0060-X4
高強度ファイバー光源（ハロゲンランプ）- 150 WThorlabsOSL1-EC このモデルは2014年1月7日時点で製造中止（OSL2に置き換え）とされています。
高電圧長方形信号発生器当社研究所でカスタムメイドHVG-3
低ノイズ電流プリアンプStanford Research Systems (SRS)SR570
M Plan APO NIR 50× 物レンズMitutoyo Corporation378-825-17光学セットアップに応じて、適切な倍率と光学特性を持つ他のレンズも使用可能。
モノクロメーター / イメージング分光計、焦点距離 320 mm - Zolix Omni-λ300iZolix Instruments Co., Ltd.Omni-λ300i
光学チョッパーコントローラーStanford Research Systems (SRS)SR540
オプトメカニカルおよび光学部品（レンズ、ミラー、アイリス、光学チョッパー、ビームスプリッター、光ファイバー、マウント）Thorlabs / カスタムメイド様々な
圧電セラミックディスク（直径30 × 1 mm、PZT-5O、銀電極）He-Shuai Ltd.N/A
PVC 表面保護低接着クリーンルームテープ（青）クリーンルームサプライN/A
シリコンPINフォトダイオード例：Hamamatsu Photonics / Thorlabs N/A関心のスペクトル範囲に応じて、他のタイプのフォト検出器を使用可能。
銀導電性ニス（「Leitlack」）Busch GmbH & Co. KG5900
透明なマニキュアRevlon, Inc.N/AvdWフレークを固定する接着層として使用。同様の組成の透明なマニキュアを代替として使用可能。
タングステン二硫化物（WS2）、CAS 12138-09-9HQグラフェンN/Aサンプル材料

参考文献

  1. Gavini, A., Cardona, M. Modulated piezoreflectance in semiconductors. Phys Rev B. 1, 672(1970).
  2. Dumcenco, D. O., et al. Piezoreflectance and Raman Characterization of Mo1−xWxS2 Layered Mixed Crystals. Solid State Phenomena. 170, 55-59 (2011).
  3. Zheng, J. Y., Lin, D. Y., Huang, Y. S. Piezoreflectance study of band-edge excitons of res2:au. Jpn J Appl Phys. 48, 0523021-0523025 (2009).
  4. Wu, Y. J., et al. Piezoreflectance study of near band edge excitonic-transitions of mixed-layered crystal Mo(SxSe1-x)2 solid solutions. J Appl Phys. 115, 223508(2014).
  5. Sigiro, M., Huang, Y. S., Ho, C. H., Lin, Y. C., Suenaga, K. Influence of rhenium on the structural and optical properties of molybdenum disulfide. Jpn J Appl Phys. 54, 04DH05(2015).
  6. Kopaczek, J., et al. Direct optical transitions at K- and H-point of Brillouin zone in bulk MoS2, MoSe2, WS2, and WSe2. J Appl Phys. 119, 235705(2016).
  7. Kopaczek, J., et al. Strain Modulation in van der Waals Crystals Directly Exfoliated onto Piezoceramics─Application in Micropiezoreflectance Spectroscopy. ACS Appl Electron Mater. 6, 7857-7864 (2024).
  8. Ruppert, C., Aslan, O. B., Heinz, T. F. Optical Properties and Band Gap of Single-and Few-Layer MoTe2 Crystals. Nano Lett. 14, 6231-6236 (2014).
  9. Niu, Y., et al. Thickness-Dependent Differential Reflectance Spectra of Monolayer and Few-Layer MoS2, MoSe2, WS2 and WSe2. Nanomaterials. 8, 725(2018).
  10. CARDONA, M. Optical Properties and Electronic Density of States. J Res Natl Bur Stand A Phys Chem. 74A, 253(1970).
  11. Misiewicz, J., Sitarek, P., Sęk, G., Kudrawiec, R. Semiconductor heterostructures and device structures investigated by photoreflectance spectroscopy. Mater Sci. 21 (3), 263-318 (2003).
  12. Aspnes, D. E. Third-derivative modulation spectroscopy with low-field electroreflectance. Surf Sci. 37, 418-442 (1973).
  13. Misiewicz, J., Sęk, G., Sitarek, P. Photoreflectance spectroscopy applied to semiconductors and semiconductor heterostructures. Optica Appl. 29, 327-363 (1999).
  14. Aspnes, D. E. Analysis of modulation spectra of stratified media. JOSA. 63 (11), 1380-1390 (1973).
  15. Philipp, H. R., Dash, W. C., Ehrenreich, H. Piezoreflectance in Ge. Phys Rev. 127, 762-765 (1962).
  16. Pollak, F. H., Cardona, M. Piezo-Electroreflectance in Ge, GaAs, and Si. Phys Rev. 172, 816(1968).
  17. Merski, J., Eckhardt, C. J. Piezomodulation spectroscopy of molecular crystals. I. Methods and principles. J Chem Phys. 75, 3691-3704 (1981).
  18. Mathieu, H., Allègre, J., Gil, B. Piezomodulation spectroscopy: A powerful investigation tool of heterostructures. Phys Rev B. 43, 2218(1991).
  19. Yu, C. H., et al. Multiple confined-state transitions within surface quantum dots by a piezomodulation reflectance study. Phys Status Solidi (A) Appl Mater Sci. 204, 1171-1177 (2007).
  20. Engeler, W. E., Fritzsche, H., Garfinkel, M., Tiemann, J. J. High-Sensitivity Piezoreflectivity. Phys Rev Lett. 14, 1069(1965).
  21. Garfinkel, M., Tiemann, J. J., Engeler, W. E. Piezoreflectivity of the Noble Metals. Phys Rev. 148, 695(1966).
  22. Sell, D. D., Kane, E. O. Piezoreflectance of Germanium from 1.9 to 2.8 eV. Phys Rev. 185, 1103(1969).
  23. Gerhardt, U., Beaglehole, D., Sandrock, R. Piezo-Optical Constants, Deformation Potentials, and the Electronic Structure of Copper. Phys Rev Lett. 19, 309(1967).
  24. Balslev, I. Apparatus for Combined Static and Dynamic Uniaxial Stress. Rev Sci Inst. 38, 1528-1529 (1967).
  25. Sell, D. D. Review of piezomodulation spectroscopy. Surf Sci. 37, 896-913 (1973).
  26. Sebayang, K., Sigiro, M. Piezoreflectance study of Nb-doped MoS2 single crystals. IOP Conf Seri Mater Sci Eng. , Institute of Physics Publishing. (2017).
  27. Kopaczek, J., et al. Experimental and Theoretical Studies of the Electronic Band Structure of Bulk and Atomically Thin Mo1- xW xSe2Alloys. ACS Omega. 6, 19893-19900 (2021).
  28. Gerhardt, U. Piezoreflectance in Si. Phys Lett. 9, 117-118 (1964).
  29. Kopaczek, J., et al. Temperature Dependence of the Indirect Gap and the Direct Optical Transitions at the High-Symmetry Point of the Brillouin Zone and Band Nesting in MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, and WSe2Crystals. J Phys Chem C. 126, 5665-5674 (2022).
  30. Kudrawiec, R., Misiewicz, J. Photoreflectance and contactless electroreflectance measurements of semiconductor structures by using bright and dark configurations. Rev Sci Instrum. 80, 096103(2009).
  31. Piezoceramic Materials. , PI Ceramic GmbH. https://www.piceramic.com/en/expertise/piezo-technology/piezoelectric-materials (2026).

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