Name: Spektroskopia piezoreflekcyjna przejść optycznych w warstwowachrystałach van der Waalsa (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2026-05-22T12:50:00.000+00:00
Duration: 9 min 6 s
Description: Poznaj spektroskopię piezorefleksyjną do identyfikacji przejść optycznych w półprzewodnikach warstwowych van der Waalsa. Metoda umożliwia precyzyjne badania na skali mikrometrów z wysoką czułością na zmiany naprężeniowe.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

To badanie zostało wspierane przez grant Polskiego Narodowego Centrum Nauki (PRELUDIUM BIS 4 ,
Nr projektu 2022/47/O/ST3/01965).

1. Montaż systemu do pomiarów piezoreflektancji (ΔR/R) z techniką lock-in
<ol>
	<li>Ustal ścieżkę optyczną w celu przeprowadzenia pomiarów piezoreflektancji w konfiguracji ciemnej, używając źródła światła halogenowego szerokopasmowego, monochromatora, szczeliny wyjściowej o regulowanym otworze, optyki sterującej wiązką, stopnia próbki z mikrokomputerami XYZ, obiektywu mikroobiektywowego i detektora (np. krzemianowego fotodiodowego detektora PIN). Przekieruj podgląd wiązki do kamery CCD w celu wyrównania (Rysunek 1).</li>
</ol>
<img alt="Rysunek 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/70205/70205fig1.jpg" /> 
Rysunek 1: Schemat układu doświadczalnego. Sekcja różowa tylko do pomiarów odbicia z odniesieniem do choppera z lepszym stosunkiem sygnału do szumu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/70205/70205fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figury.</a>
<ol start="2">
	<li>Zintegruj łańcuch elektroniczny, dodając niskoszumowy przedwzmacniacz prądu między fotodiodą a wzmacniaczem lock-in. Przekieruj składową AC i składową DC wykrytego sygnału do wzmacniacza lock-in.</li>
	<li>Podłącz generator funkcji/napięcia AC do elementu piezoceramicznego przez izolowane przewody. Przekieruj dane referencyjne choppera do lock-in w celu pomiarów odbicia.</li>
	<li>Opracuj aplikację sterująco-rejestrującą (np. LabVIEW), która komunikuje się z monochromatorem i wzmacniaczem lock-in, odczytuje sygnał detektora i zapisuje wyniki do pliku tekstowego. Skonfiguruj sterowniki urządzeń i porty komunikacyjne na komputerze głównym. Przykładowy schemat blokowy aplikacji przedstawiono na Rysunku 2.</li>
	<li>Podłącz wyjście lock-in do komputera w celu rejestracji danych. Po zakończeniu optycznego wyrównania eksperyment można wstrzymać, wyłączając zasilanie systemu.</li>
</ol>
<img alt="Rysunek 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/70205/70205fig2.jpg" /> 
Rysunek 2: Schemat pracy oprogramowania do sterowania lock-in monochromatorem i rejestracji danych. Schemat blokowy programu sterującego (np. LabVIEW). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/70205/70205fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figury.</a>
UWAGA: Aplikacja sterująco-rejestrująca jest zależna od sprzętu. Ponieważ ważne ustawienia różnią się w zależności od modeli instrumentów i okablowania, konkretny przykład kodu LabVIEW nie jest przenośny i nie jest zawarty. Aby zobaczyć przykładowy zrzut ekranu, patrz Rysunek uzupełniający 1.
2. Przygotowanie próbki
UWAGA: Zobacz Rysunek 3 w celu uzyskania niezbędnego sprzętu.
<ol start="1">
	<li>Cień materiał objętościowy do charakteryzacji (np. kryształ van der Waalsa, taki jak MoSe₂, MoS₂, WSe₂, WS₂) poprzez wielokrotne rozwarstwienie za pomocą taśmy klejącej (Rysunek 4A), aż do osiągnięcia pożądanej grubości.</li>
	<li>Przenieś rozwarstwienie fragmentów z taśmy na znacznik PDMS poprzez nalanie PDMS na taśmie (Rysunek 4B) i oderwanie PDMS po ~5 min., aby płatki pozostały na PDMS (Rysunek 4C) na następnie przeniesienie na piezoceramiczną.</li>
	<li>Wyczyść powierzchnię piezoceramiczną, przepłukując ją acetonem w zaświadczonym okapie chemicznym. Osusz powierzchnię czystym, suchym powietrzem lub azotem. 
	UWAGA: Aceton jest wysoce palny i lotny; unikaj źródeł zapłonu, unikaj wdychania i kontaktu ze skórą/oczami, a odpady należy gromadzić w zatwierdzonych pojemnikach wewnątrz okapu. Noś odpowiednie PPE (fartuch laboratoryjny, okulary ochronne i rękawice odporne na chemikalia).</li>
	<li>Nanieś bardzo cienką warstwę medium klejącego na piezoceramiczną (Rysunek 4D) (np. bezbarwny lakier do paznokci jako cienkie klejenie lub warstwę superkleju dla grubszych warstw). Obsługuj lotne kleje w okapie chemicznym i pozwól pozostawić minimalną ilość przed przeniesieniem. Szybko przejdź do następnego kroku protokołu, aby zapobiec wysychaniu cienkiej warstwy kleju. 
	UWAGA: Wiele klejów zawiera palne rozpuszczalniki; obsługuj je wewnątrz zaświadczonego okapu chemicznego i trzymaj z dala od źródeł zapłonu.</li>
	<li>Umieść znacznik PDMS z płatkiem na mokrą warstwę klejącą na piezoceramicznej, lekko naciśnij, aby zapewnić kontakt (Rysunek 4E), odczekaj ~30 s i oderwij (odłóż) znacznik PDMS, aby materiał pozostał na piezoceramicznej (Rysunek 4F). Zweryfikuj przyczepność za pomocą inspekcji wzrokowej (na oko); jeśli jest to konieczne lub pożą

<ol><li>Gavini, A., Cardona, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulated+piezoreflectance+in+semiconductors%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+B%22%5BJournal%5D)">Modulated piezoreflectance in semiconductors.</a> Phys Rev B. 1, 672(1970).</li>
<li>Dumcenco, D. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezoreflectance+and+Raman+Characterization+of+Mo1%E2%88%92xWxS2+Layered+Mixed+Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Solid+State+Phenomena%22%5BJournal%5D)">Piezoreflectance and Raman Characterization of Mo1−xWxS2 Layered Mixed Crystals.</a> Solid State Phenomena. 170, 55-59 (2011).</li>
<li>Zheng, J. Y., Lin, D. Y., Huang, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezoreflectance+study+of+band-edge+excitons+of+res2%3Aau%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn+J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Piezoreflectance study of band-edge excitons of res2:au.</a> Jpn J Appl Phys. 48, 0523021-0523025 (2009).</li>
<li>Wu, Y. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezoreflectance+study+of+near+band+edge+excitonic-transitions+of+mixed-layered+crystal+Mo%28SxSe1-x%292+solid+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Piezoreflectance study of near band edge excitonic-transitions of mixed-layered crystal Mo(SxSe1-x)2 solid solutions.</a> J Appl Phys. 115, 223508(2014).</li>
<li>Sigiro, M., Huang, Y. S., Ho, C. H., Lin, Y. C., Suenaga, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+rhenium+on+the+structural+and+optical+properties+of+molybdenum+disulfide%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn+J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Influence of rhenium on the structural and optical properties of molybdenum disulfide.</a> Jpn J Appl Phys. 54, 04DH05(2015).</li>
<li>Kopaczek, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+optical+transitions+at+K-+and+H-point+of+Brillouin+zone+in+bulk+MoS2%2C+MoSe2%2C+WS2%2C+and+WSe2%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Phys%22%5BJournal%5D)">Direct optical transitions at K- and H-point of Brillouin zone in bulk MoS2, MoSe2, WS2, and WSe2.</a> J Appl Phys. 119, 235705(2016).</li>
<li>Kopaczek, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strain+Modulation+in+van+der+Waals+Crystals+Directly+Exfoliated+onto+Piezoceramics%E2%94%80Application+in+Micropiezoreflectance+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Electron+Mater%22%5BJournal%5D)">Strain Modulation in van der Waals Crystals Directly Exfoliated onto Piezoceramics─Application in Micropiezoreflectance Spectroscopy.</a> ACS Appl Electron Mater. 6, 7857-7864 (2024).</li>
<li>Ruppert, C., Aslan, O. B., Heinz, T. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Properties+and+Band+Gap+of+Single-and+Few-Layer+MoTe2+Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical Properties and Band Gap of Single-and Few-Layer MoTe2 Crystals.</a> Nano Lett. 14, 6231-6236 (2014).</li>
<li>Niu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thickness-Dependent+Differential+Reflectance+Spectra+of+Monolayer+and+Few-Layer+MoS2%2C+MoSe2%2C+WS2+and+WSe2%5BTitle%5D)+AND+%22Nanomaterials%22%5BJournal%5D)">Thickness-Dependent Differential Reflectance Spectra of Monolayer and Few-Layer MoS2, MoSe2, WS2 and WSe2.</a> Nanomaterials. 8, 725(2018).</li>
<li>CARDONA, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Properties+and+Electronic+Density+of+States%5BTitle%5D)+AND+%22J+Res+Natl+Bur+Stand+A+Phys+Chem%22%5BJournal%5D)">Optical Properties and Electronic Density of States.</a> J Res Natl Bur Stand A Phys Chem. 74A, 253(1970).</li>
<li>Misiewicz, J., Sitarek, P., Sęk, G., Kudrawiec, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Semiconductor+heterostructures+and+device+structures+investigated+by+photoreflectance+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Mater+Sci%22%5BJournal%5D)">Semiconductor heterostructures and device structures investigated by photoreflectance spectroscopy.</a> Mater Sci. 21 (3), 263-318 (2003).</li>
<li>Aspnes, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Third-derivative+modulation+spectroscopy+with+low-field+electroreflectance%5BTitle%5D)+AND+%22Surf+Sci%22%5BJournal%5D)">Third-derivative modulation spectroscopy with low-field electroreflectance.</a> Surf Sci. 37, 418-442 (1973).</li>
<li>Misiewicz, J., Sęk, G., Sitarek, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoreflectance+spectroscopy+applied+to+semiconductors+and+semiconductor+heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Optica+Appl%22%5BJournal%5D)">Photoreflectance spectroscopy applied to semiconductors and semiconductor heterostructures.</a> Optica Appl. 29, 327-363 (1999).</li>
<li>Aspnes, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+modulation+spectra+of+stratified+media%5BTitle%5D)+AND+%22JOSA%22%5BJournal%5D)">Analysis of modulation spectra of stratified media.</a> JOSA. 63 (11), 1380-1390 (1973).</li>
<li>Philipp, H. R., Dash, W. C., Ehrenreich, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezoreflectance+in+Ge%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev%22%5BJournal%5D)">Piezoreflectance in Ge.</a> Phys Rev. 127, 762-765 (1962).</li>
<li>Pollak, F. H., Cardona, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezo-Electroreflectance+in+Ge%2C+GaAs%2C+and+Si%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev%22%5BJournal%5D)">Piezo-Electroreflectance in Ge, GaAs, and Si.</a> Phys Rev. 172, 816(1968).</li>
<li>Merski, J., Eckhardt, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezomodulation+spectroscopy+of+molecular+crystals.+I.+Methods+and+principles%5BTitle%5D)+AND+%22J+Chem+Phys%22%5BJournal%5D)">Piezomodulation spectroscopy of molecular crystals. I. Methods and principles.</a> J Chem Phys. 75, 3691-3704 (1981).</li>
<li>Mathieu, H., Allègre, J., Gil, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezomodulation+spectroscopy%3A+A+powerful+investigation+tool+of+heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+B%22%5BJournal%5D)">Piezomodulation spectroscopy: A powerful investigation tool of heterostructures.</a> Phys Rev B. 43, 2218(1991).</li>
<li>Yu, C. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiple+confined-state+transitions+within+surface+quantum+dots+by+a+piezomodulation+reflectance+study%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Status+Solidi+%28A%29+Appl+Mater+Sci%22%5BJournal%5D)">Multiple confined-state transitions within surface quantum dots by a piezomodulation reflectance study.</a> Phys Status Solidi (A) Appl Mater Sci. 204, 1171-1177 (2007).</li>
<li>Engeler, W. E., Fritzsche, H., Garfinkel, M., Tiemann, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Sensitivity+Piezoreflectivity%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Lett%22%5BJournal%5D)">High-Sensitivity Piezoreflectivity.</a> Phys Rev Lett. 14, 1069(1965).</li>
<li>Garfinkel, M., Tiemann, J. J., Engeler, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezoreflectivity+of+the+Noble+Metals%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev%22%5BJournal%5D)">Piezoreflectivity of the Noble Metals.</a> Phys Rev. 148, 695(1966).</li>
<li>Sell, D. D., Kane, E. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezoreflectance+of+Germanium+from+1.9+to+2.8+eV%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev%22%5BJournal%5D)">Piezoreflectance of Germanium from 1.9 to 2.8 eV.</a> Phys Rev. 185, 1103(1969).</li>
<li>Gerhardt, U., Beaglehole, D., Sandrock, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezo-Optical+Constants%2C+Deformation+Potentials%2C+and+the+Electronic+Structure+of+Copper%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Rev+Lett%22%5BJournal%5D)">Piezo-Optical Constants, Deformation Potentials, and the Electronic Structure of Copper.</a> Phys Rev Lett. 19, 309(1967).</li>
<li>Balslev, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Apparatus+for+Combined+Static+and+Dynamic+Uniaxial+Stress%5BTitle%5D)+AND+%22Rev+Sci+Inst%22%5BJournal%5D)">Apparatus for Combined Static and Dynamic Uniaxial Stress.</a> Rev Sci Inst. 38, 1528-1529 (1967).</li>
<li>Sell, D. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+piezomodulation+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Surf+Sci%22%5BJournal%5D)">Review of piezomodulation spectroscopy.</a> Surf Sci. 37, 896-913 (1973).</li>
<li>Sebayang, K., Sigiro, M. Piezoreflectance study of Nb-doped MoS2 single crystals. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSebayang%2C+K+%22IOP+Conf+Seri+Mater+Sci+Eng%22">IOP Conf Seri Mater Sci Eng</a>. , Institute of Physics Publishing. (2017).</li>
<li>Kopaczek, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+and+Theoretical+Studies+of+the+Electronic+Band+Structure+of+Bulk+and+Atomically+Thin+Mo1-+xW+xSe2Alloys%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Omega%22%5BJournal%5D)">Experimental and Theoretical Studies of the Electronic Band Structure of Bulk and Atomically Thin Mo1- xW xSe2Alloys.</a> ACS Omega. 6, 19893-19900 (2021).</li>
<li>Gerhardt, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Piezoreflectance+in+Si%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Lett%22%5BJournal%5D)">Piezoreflectance in Si.</a> Phys Lett. 9, 117-118 (1964).</li>
<li>Kopaczek, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((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%2C+MoSe2%2C+MoTe2%2C+WS2%2C+and+WSe2Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem+C%22%5BJournal%5D)">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.</a> J Phys Chem C. 126, 5665-5674 (2022).</li>
<li>Kudrawiec, R., Misiewicz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoreflectance+and+contactless+electroreflectance+measurements+of+semiconductor+structures+by+using+bright+and+dark+configurations%5BTitle%5D)+AND+%22Rev+Sci+Instrum%22%5BJournal%5D)">Photoreflectance and contactless electroreflectance measurements of semiconductor structures by using bright and dark configurations.</a> Rev Sci Instrum. 80, 096103(2009).</li>
<li>Piezoceramic Materials. , PI Ceramic GmbH. 
 <a target="_blank" href="https://www.piceramic.com/en/expertise/piezo-technology/piezoelectric-materials">https://www.piceramic.com/en/expertise/piezo-technology/piezoelectric-materials</a> (2026).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Przedstawiamy tu spektroskopię piezoreflektancji (PzR) dla kryształów van der Waals, protokół, który wykorzystuje okresowe naprężenie z przetwornika piezoceramicznego do uzyskania widm reflektancji przypominających pochodne oraz izolowania punktów krytycznych z dużym kontrastem. W porównaniu z kontrastem reflekcyjnym (RC), metoda ostrza ruchy słabe lub nakładające się rezonanse i rozciąga się na przypadki, gdzie RC daje niejednoznaczny kontrast, zachowując jedno szerokopasmowe ścieżki optyczne i kompatybilność od monowar...

Spektroskopia piezoreflektancji (PzR) jest wariantem modulacji naprężeń spektroskopii modulacji, który wykorzystuje dobrze ugruntowane oddziaływania światło-materia, aby z dużą precyzją wyodrębnić energię przejść ekscytonicznych i przejść między pasmami1. W PzR próbka jest zamontowana na przetworniku piezoelektrycznym; zastosowane napięcie zmienne generuje małe okresowe naprężenie (δa/a), które zakłóca kratkę krystaliczną i moduluje strukturę pasmową, przede wszystkim lukę pasmową. To indukuje synchroniczne zmiany w złożonej funkcji elektrycznej przenikalności i w związku z tym w odbiciach, ΔR, które są wykrywane metodami wrażliwymi na fazę (lock‑in), aby uzyskać kształty linii przypominające pochodne, przy silnie tłumionym wolno zmieniającym się tle. Celem jest umożliwienie ilościowej charakterystyki optycznej kryształów van der Waals (vdW) i mikrostruktur półprzewodnikowych - w tym superkratek, dołków kwantowych i heterozłączy - poprzez ujawnienie słabych cech krawędzi pasm, które są często niewidoczne w konwencjonalnym kontraście odbitości (RC) i poprzez zapewnienie kontrolowanego uchwytu na sprzężeniu naprężeniowo-ekscytonowym istotnym dla zaawansowanych zastosowań elektronicznych i optoelektronicznych2,3,4,5,6. Protokół jest zgodny z płatkami skali mikrometrowej i może być współrejestrowany z pomiarami fotoluminescencji lub Ramana w celu multimodalnej analizy pod nadążnym naprężeniem. Ponadto badamy konfigurację bez kleju, w której kryształy vdW są eksfoliowane bezpośrednio na piezoceramicznych, aby mierzyć mikropiezoreflektancję (µPzR) w płatkach vdW o wielkości mikrometrów7.
W porównaniu z kontrastem odbitości, zwykle stosowanym do kryształów vdW i heterostruktur8,9, piezoreflektancja oferuje kilka praktycznych i analitycznych zalet. Ponieważ wykryty sygnał PzR lock-in jest intrinsicznie znormalizowany do ΔR/R, kształt linii spektralnej jest zachowany nawet w przypadku dryfów absolutnego przepływu1, pod warunkiem, że strumień fotonów jest wystarczająco duży, aby uzyskać dobry stosunek sygnału do szumu. Pochodno-naturowy charakter widm modulacji tłumi wolno zmienne tła i ostrza przejścia optyczne związane z krytycznym punktem w całkowitej optycznej gęstości stanów, co poprawia rozdzielczość energetyczną i umożliwia wiarygodne wyodrębnienie nawet słabych przejść międzypasmowych ekscytonicznych i przejść między pasmami11,12. Pomiary PzR selektywnie badają tylko te przejścia, których parametry (energia przejścia E, intensywność I lub poszerzenie Γ) reagują na zastosowane naprężenie; w konsekwencji regiony spektralne, które są niewrażliwe na naprężenie, nie dają żadnego sygnału, podczas gdy naprawdę reagujące przejścia wyróżniają się wysokim kontrastem1,13,14. Z drugiej strony, RC opiera się na odejmowaniu dwóch niezależnie mierzonych widm odbitości (próbka i odniesienie zwykle pochodzące z podłoża), więc każda mała niezgodność lub dryf przekłada się na dużą, niezerową bazę w całym zakresie spektralnym; słabe przejścia mogą więc zostać zasłonięte przez to tło, co jest ograniczeniem wyraźnie wykazanym w materiałach, w których RC nie jest w stanie rozdzielić cech międzypasmowych, które pozostają widoczne w PzR (np. FePS₃ i NiPS₃), podczas gdy silne przejścia w MoS₂ pozostają widoczne za pomocą dowolnej metody7.
Jako modulowano-napięciowy odpowiednik konwencjonalnej odbitości, PzR definiuje odrębny gatunek spektroskopii modulacji, w którym okresowe jednoosiowe lub spółkowe naprężenie izoluje cechy przypominające pochodne, bezpośrednio związane z potencjałami deformacyjnymi i regułami selekcji symetrii1,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24. Znajdując się w sześciu dekadach spektroskopii modulacji, piezomodulowana odbitość ewoluowała od swojego pierwszego zastosowania w latach 60. XX wieku w pomiarach półprzewodników grupy IV/III–V do wszechstronnego sondowania potencjałów deformacyjnych, charakteru nośników i struktury ekscytonicznej w całych kryształach objętościowych, heterostrukturach i materiałach vdW1,15,16,18<sup

<table><tbody><tr><td>Acetone (analytical grade)</td><td>Sigma-Aldrich / Merck</td><td>650501</td><td></td></tr><tr><td>Kamara CCD</td><td>np. Hamamatsu Photonics / Princeton Instruments / Thorlabs</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Komputer z oprogramowaniem do sterowania i akwizycji danych (np. LabVIEW)</td><td>National Instruments / Konfiguracja własna</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>DSP Lock-In Amplifier</td><td>Stanford Research Systems (SRS)</td><td>SR810</td><td></td></tr><tr><td>EKE Żarówka halogenowa, 150 W 21 V (podstawa GX5.3)</td><td>OSRAM</td><td>93638</td><td>Używany jako żarówka zamienna dla Illuminatora Włókna Thorlabs OSL1-EC.</td></tr><tr><td>Film żelowy PDMS oparty na filmie czasoprzestrzennym, arkusz 4.0&Prime;&times;4.0&Prime;</td><td>Gel-Pak</td><td>WF-40&times;40-0060-X4</td><td></td></tr><tr><td>Źródło światła włókna o wysokiej intensywności (żarówka halogenowa) - 150 W</td><td>Thorlabs</td><td>OSL1-EC&nbsp;</td><td>Model jest wycofany (zastąpiony przez OSL2) od 07 stycznia 2014.</td></tr><tr><td>Generador sygnału prostokątnego o wysokim napięciu</td><td>Wykonany na zamówienie w naszym laboratorium</td><td>HVG-3</td><td></td></tr><tr><td>Wzmacniacz prądowy o niskim poziomie szumów</td><td>Stanford Research Systems (SRS)</td><td>SR570</td><td></td></tr><tr><td>Obiektyw M Plan APO NIR 50&times;</td><td>Mitutoyo Corporation</td><td>378-825-17</td><td>Inne obiektywy o odpowiednim powiększeniu i transmisji spektralnej mogą być również używane w zależności od ustawienia optycznego.</td></tr><tr><td>Monochromator / Spektrograf obrazu, ogniskowa 320 mm - Zolix Omni-&lambda;300i</td><td>Zolix Instruments Co., Ltd.</td><td>Omni-&lambda;300i</td><td></td></tr><tr><td>Kontroler koperty optycznej</td><td>Stanford Research Systems (SRS)</td><td>SR540</td><td></td></tr><tr><td>Komponenty optomechaniczne i optyczne (soczewki, lustra, źrenice, koperta optyczna, dzieliczne lustra, włókna optyczne i mocowania)</td><td>Thorlabs / wykonane na zamówienie</td><td>Różne</td><td></td></tr><tr><td>Piezoceramiczny dysk ceramiczny (&Oslash;30 &times; 1 mm, PZT-5O, srebrne elektrody)</td><td>He-Shuai Ltd.</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Taśma czyszczenia do sali czystej z powłoką ochronną PVC o niskiej przyczepności (niebieska)</td><td>Dostawa sali czystej</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Fotodioda PIN krzemowa</td><td>np. Hamamatsu Photonics / Thorlabs&nbsp;</td><td>N/A</td><td>Inne typy fotodetektorów mogą być zastosowane w zależności od zakresu spektralnego zainteresowania.</td></tr><tr><td>Srebrny lakier przewodzący (&ldquo;Leitlack&rdquo;)</td><td>Busch GmbH &amp; Co. KG</td><td>5900</td><td></td></tr><tr><td>Przezroczysty lakier do paznokci</td><td>Revlon, Inc.</td><td>N/A</td><td>Używany jako warstwa klejąca do mocowania płatów vdW. Jako alternatywę można użyć dowolnego przezroczystego lakieru do paznokci o podobnej kompozycji.</td></tr><tr><td>Disiarczek wolframu (WS2), CAS 12138-09-9</td><td>HQ Graphene</td><td>N/A</td><td>materiał próbki</td></tr></tbody></table>

spektroskopia piezoreflekcyjna przejść optycznych w warstwowachrystałach van der waalsa

Piezoreflectance Spectroscopy of Optical Transitions in van der Waals Layered Crystals

Celem tego protokołu jest umożliwienie precyzyjnej identyfikacji bezpośrednich przejść optycznych w półprzewodnikach van der Waals za pomocą spektroskopii piezoreflektansowej. Metoda stosuje małą okresową modulację naprężenia do próbki zamontowanej na przetworniku piezoelektrycznym i wykrywa zmianę odbicia za pomocą wzmacniacza blokującego, dając widma przypominające pochodne, w których sygnał tła jest eliminowany, a cechy krawędzi pasma stają się widoczne. Szczegóły przepływu pracy obejmują montaż jednostronnego, szerokopasmowego zestawu optycznego (źródło halogenowe, monochromator, optyka mikroskopu, fotodioda krzemu), integrację niskopoziomowego przedwzmacniacza i elektroniki blokującej oraz bezpieczne połączenie wysokiego napięcia z piezoceramiczną. Krok po kroku instrukcje obejmują łuszczenie i przenoszenie płatów, nakładanie ultracienkiej substancji klejącej, srebrnych past elektrycznych z utwardzaniem w temperaturze pokojowej oraz pozyskiwanie składowej przemiennej (ΔR) i stałej (R) - odbicia odniesionego do choppera. Przetwarzanie danych obejmuje korektę linii bazowej, obliczanie ΔR/R i dopasowywanie za pomocą standardowych kształtów linii trzeciej pochodnej w celu wyodrębnienia energii przejść, poszerzeń, faz i względnych intensywności. Przedstawione ustawienia i wytyczne dotyczące rozwiązywania problemów optymalizują stosunek sygnału do szumu, zachowując jednocześnie dokładność spektralną. W porównaniu z kontrastem odbicia i fotoreflektansją, to podejście poprawia wyniki dla przejść czułych na odkształcenia i pozostaje skuteczne, gdy modulacja wewnętrznego pola elektrycznego jest słaba. Protokół wspiera mapowanie w skali mikrometrów i kompatybilność od warstw cienkich do objętościowych, a zachęca się do uzupełnienia pomiarami fotoluminescencji lub Ramana, zapewniając niezawodną, ogólną metodę charakteryzacji optycznej warstwowanych półprzewodników.

Lock-in piezoreflectance (PzR) yields derivative-like signatures at direct optical transitions across a broad set of van der Waals (vdW) crystals and semiconductor microstructures. Rysunek 6 shows typical raw output from a single spot in WS₂ acquired with the workflow in Sections 4–6: strain-modulated AC reflectance ΔR, reference DC component proportional to reflectance R (Rysunek 6A), and the baseline-corrected ratio ΔR/R (Rysunek 6B). With a piezoceramic d...

Prezentujemy odtwarzalny protokół spektroskopii piezoreflektansowej z modulacją naprężeń, który umożliwia pomiar ΔR/R z wykrywaniem lock-in dla kryształów van der Waals przeniesionych na piezoceramiczne, i wyniki z charakteryzacją bezpośrednich przejść optycznych poprzez spektra ΔR/R z wykorzystaniem pasowania pochodnej trzeciej z formułą Aspnes.

Spektroskopia piezoreflekcyjna przejść optycznych w warstwowachrystałach van der Waalsa

The goal of this protocol is to enable precise identification of direct optical transitions in van der Waals semiconductors by piezoreflectance ...

Moje badania rozwinęły spektroskopię piezoreflekcyjną w celu identyfikacji bezpośrednich przejść optycznych w warstwowcach półprzewodnikowych i zrozumienia zmian spektralnych wywołanych odkształceniem. Ta metoda jest odpowiednia dla mikrometrowych badań optycznych warstwowanych półprzewodników, w tym kryształów van der Waalsa o grubości masywnej i kilku warstw. Aby rozpocząć, należy uzyskać materiał masywny kryształu van der Waalsa, taki jak dwusiarczek wolframu lub WS2, do charakterystyki optycznej.Materiał należy ścielić poprzez wielokrotne rozdzieranie go za pomocą taśmy klejącej, aż do uzyskania pożądanej grubości. Przenieś cienkie fragmenty z taśmy na polidimetylosiloksan, czyli znacznik PDMS, umieszczając znacznik na taśmie. Po około pięciu minutach odrywaj PDMS, aby płatki pozostawione na PDMS mogły być wykorzystane do dalszego transferu.Wyczyść powierzchnię piezoceramiczną, przepłukując ją acetonem i osusz powierzchnię za pomocą czystego, suchego powietrza lub azotu. Nałóż bardzo cienką warstwę środka klejącego na piezoceramice. Natychmiast umieść PDMS, przenosząc płatek, na mokrą substancję klejącą na piezoceramice.Delikatnie naciśnij, aby zapewnić kontakt. Poczekaj około 30 sekund i oderwij PDMS, aby materiał pozostał na piezoceramice. Zweryfikuj przyczepność przez wizualną inspekcję lub potwierdź to pod mikroskopem optycznym, jeśli to konieczne.Nałóż pastę srebrową, aby zabezpieczyć piezoceramicę i umieść przygotowaną piezoceramicę zawierającą przeniesioną próbkę na stojaku, aby zapewnić połączenie elektryczne z dolnymi elektrodami piezoceramicznej. Utwórz górny kontakt elektryczny za pomocą pasty srebrowej i miedziowego drutu. Po nałożeniu pasty srebrowej pozwól jej wyschnąć i stwardnieć w temperaturze pokojowej przez około 10 godzin przed kontynuowaniem.Następnie włóż zamontowaną próbkę do układu optycznego. Podłącz elektrody do generatora prądu przemiennego lub napięcia AC oraz do masy za pomocą izolowanych przewodów. Zachowaj izolację wszystkich narażonych przewodów i umieść je z dala od ścieżki optycznej.Włącz źródło światła halogenowego i ustaw na maksymalne wyjście. Upewnij się, że optyczny chopper nie blokuje wlotu monochromatora. Przekieruj wiązkę do kamery CCD i wyrównaj plamkę na wybranej części próbki za pomocą mikrokontrolerek XYZ.Następnie wyreguluj apertury przepony źrenicy, aby ustawić średnicę plamki na próbce. Przełącz ścieżkę sygnału z podglądu urządzenia CCD do detektora diody fotowoltaicznej z kołnierzem krzemu, usuwając dzielnik wiązki z ścieżki optycznej. Następnie skonfiguruj przedwzmacniacz, ustawiając napięcie oporu, typ filtra i cięcie.Wejściowe przesunięcie, tryb wzmocnienia i wrażliwość, aby uzyskać stabilny sygnał bez nasycenia. Zakomentuj wybrane wartości. Skonfiguruj wzmacniacz lock-in, aby wyświetlał składową X w fazie.Ustaw częstotliwość odniesienia dla generatora napięcia AC i wybierz źródło odniesienia wewnętrznego. Następnie wybierz odpowiedni czas stały i wrażliwość. Włącz generator napięcia AC i ustaw żądaną amplitudę.Upewnij się, że sygnał dociera do piezoceramicy bez przekroczenia granic urządzenia. Uruchom aplikację akwizycyjną i wybierz tryb pomiaru odpowiadający wyjściu X lock-in. Wprowadź parametry zgodne z sprzętem, w tym czas stały reprezentujący szybkość próbkowania i określ ścieżkę do pliku tekstowego wyjściowego, aby zapisać dane.Zdefiniuj zakres spektralny w długości fali lub energii fotonu i ustaw wielkość kroku monochromatora zgodnie z ograniczeniami urządzenia. Zainicjuj urządzenia, rozpocznij skan i pozwól mu trwać bez przerw do końca zaprogramowanego zakresu. Oszacuj całkowity czas, mnożąc liczbę kroków przez czas stały i zaplanuj odpowiednio.Po zakończeniu wyłącz generator napięcia AC bez zakłócania pozycji próbki. Upewnij się, że generator napięcia AC jest wyłączony. Utrzymuj pozycję wiązki na próbce bez zmian.Aby upewnić się, że fokus jest utrzymany, przekieruj wiązkę do podglądu urządzenia CCD. Ponowne fokuj i skoncentruj plamkę. Następnie zwróć ścieżkę sygnału do diody fotowoltaicznej.Uruchom optyczny chopper za pomocą jego kontrolera i ustaw częstotliwość równą poprzednio użytej częstotliwości modulacji. Upewnij się, że wyjście referencyjne choppera jest podłączone do wejścia referencyjnego lock-in. Skonfiguruj wzmacniacz lock-in, aby wyświetlał referencyjną odbijaność R i wybierz kontroler choppera jako zewnętrzne źródło odniesienia.Wyreguluj czas stały i wrażliwość, aby utrzymać stabilny sygnał, zachowując niezmienione ustawienia przedwzmacniacza. W aplikacji akwizycyjnej wybierz tryb pomiaru reprezentujący kanał R lock-in. Dopasuj czas stały do ustawienia lock-in i określ nową ścieżkę pliku tekstowego wyjściowego.Nadaj nazwy plików, aby zakodować próbkę, lokalizację i parametry akwizycji do zestawu danych. Ustaw ten sam zakres spektralny i wielkość kroku monochromatora, które były używane podczas pomiaru komponentu delta R dla tej plamki na próbce. Rozpocznij

piezoreflectance-spectroscopy-optical-transitions-van-der-waals

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Wykorzystanie falowodów i wnęk fotonicznych zostało szeroko przyjęte przez społeczność fotoniczną w wielu różnych zastosowaniach. Dlatego produkcja i charakterystyka tych urządzeń cieszy się dużym zainteresowaniem. W artykule przedstawiono naszą technikę wytwarzania i dwie metody charakterystyki optycznej, a mianowicie: interferometrię (falowody) i rozpraszanie rezonansowe (wnęki).

Wytwarzanie i charakterystyka falowodów i wnęk wolnowodnych kryształów fotonicznych

Nieuporządkowane struktury oferują nowe mechanizmy tworzenia fotonicznych pasm wzbronionych i niespotykaną dotąd swobodę w projektach funkcjonalnych defektów. Aby obejść wyzwania obliczeniowe związane z nieuporządkowanymi systemami, konstruujemy modułowe próbki makroskopowe nowej klasy materiałów PBG i wykorzystujemy mikrofale do scharakteryzowania ich niezmiennych właściwości fotonicznych w łatwy i niedrogi sposób.

Wykorzystanie mikrofalowych i makroskopowych próbek dielektrycznych ciał stałych do badania właściwości fotonicznych nieuporządkowanych materiałów fotonicznych wzbronionych

Artykuł opisuje metodę wytwarzania ekstremalnych nanodrutów poprzez infiltrację stopionych nanorurek węglowych oraz jak systemy 1D mogą być charakteryzowane i badane za pomocą rezonansowej spektroskopii Ramana w celu określenia energii wzbudzenia drgań i optyki.

Rezonansowa spektroskopia Ramana ekstremalnych nanodrutów i innych systemów 1D

Ten protokół opisuje procedurę pomiaru zależności temperatury od pełnych stałych materiałowych materiałów piezoelektrycznych za pomocą rezonansowej spektroskopii ultradźwiękowej (RUS).

Charakterystyka pełnych stałych materiałowych i ich zależności temperaturowej dla materiałów piezoelektrycznych za pomocą rezonansowej spektroskopii ultradźwiękowej

Manuskrypt opisuje metodę quasi-rezonansowej spektroskopii fluorescencyjnej wspomaganej fononem, która obejmuje zarówno spektroskopię o ograniczonej rozdzielczości laserowej, jak i spektroskopię fotoluminescencji (PL). Metoda ta wykorzystuje fonony optyczne do zapewnienia widm o ograniczonej szerokości linii struktur półprzewodnikowych podobnych do atomów w domenie energetycznej. Metodę tę można również łatwo zrealizować za pomocą pojedynczej konfiguracji spektrometru spektroskopii optycznej.

Spektroskopia fluorescencyjna quasi-rezonansowa wspomagana fononami o wysokiej rozdzielczości

Tutaj prezentujemy protokół do szacowania właściwości optycznych materiału i powierzchni za pomocą efektu fotoakustycznego połączonego z całkowitym wewnętrznym odbiciem. Technika ta, która eliminuje fotoakustykę opartą na polu, może być wykorzystana do stworzenia fotoakustycznego systemu metrologicznego do szacowania grubości materiałów, współczynników załamania światła objętościowych i cienkowarstwowych oraz badania ich właściwości optycznych.

Fotoakustyka oparta na polu ulotnym: ocena właściwości optycznych na powierzchniach

Cienkie warstwy (100-1000 A) dwutlenku wanadu (VO2) zostały stworzone przez osadzanie warstwy atomowej (ALD) na podłożach szafirowych. Następnie scharakteryzowano właściwości optyczne poprzez przejście metal-izolator VO2. Na podstawie zmierzonych właściwości optycznych stworzono model opisujący przestrajalny współczynnik załamania światła VO2.

Osadzanie warstw atomowych dwutlenku wanadu i model optyczny zależny od temperatury

Tutaj prezentujemy protokoły analiz detekcji różnicowej czasowo-rozdzielczej spektroskopii oscylacyjnej w podczerwieni i dyfrakcji elektronów, które umożliwiają obserwacje deformacji lokalnych struktur wokół fotowzbudzonych cząsteczek w kolumnowym ciekłym krysztale, dając atomową perspektywę na związek między strukturą a dynamiką tego fotoaktywnego materiału.

Nowatorskie techniki obserwacji dynamiki strukturalnej fotoczułych ciekłych kryształów

W tej pracy opisujemy technikę, która jest używana do tworzenia nowych kryształów (heterostruktur van der Waalsa) poprzez układanie ultracienkich warstw materiałów 2D z precyzyjną kontrolą pozycji i względnej orientacji.

Wytwarzanie heterostruktur van der Waalsa z precyzyjnym wyrównaniem obrotowym

Struktura pasma fotonicznego umożliwia zrozumienie, w jaki sposób ograniczone mody elektromagnetyczne rozchodzą się w krysztale fotonicznym. W kryształach fotonicznych, które zawierają elementy magnetyczne, takim ograniczonym i rezonansowym modom optycznym towarzyszy zwiększona i zmodyfikowana aktywność magnetooptyczna. Opisujemy procedurę pomiarową mającą na celu wyodrębnienie magnetooptycznej struktury pasmowej za pomocą mikroskopii przestrzeni Fouriera.

Spektralna i kątowo-optyczna charakterystyka nanostruktur fotonicznych

Tutaj prezentujemy protokół do uzyskiwania luminescencyjnych danych obrazowania hiperspektralnego oraz do analizy cech anizotropii optycznej monokryształów na bazie lantanowców za pomocą Systemu Obrazowania Hiperspektralnego.

Obrazowanie hiperspektralne jako narzędzie do badania anizotropii optycznej w monokryształach molekularnych na bazie lantanowców

Poznaj spektroskopię piezorefleksyjną do identyfikacji przejść optycznych w półprzewodnikach warstwowych van der Waalsa. Metoda umożliwia precyzyjne badania na skali mikrometrów z wysoką czułością na zmiany naprężeniowe.

Spektroskopia piezoreflekcyjna przejść optycznych w warstwowachrystałach van der Waalsa

Przeglądaj więcej filmów