Спектроскопия пьезорефлектанса оптических переходов в слоистых кристаллах Ван-дер-Ваальса

В моём исследовании была разработана спектроскопия пьезорефлекции для выявления прямых оптических переходов в слоистых полупроводниках и понимания спектральных изменений, вызванных деформацией. Этот метод подходит для микрометровых оптических исследований слоистых полупроводников, включая объёмные и малослойные кристаллы ван дер Ваальса. Для начала получите объёмный материал кристалла ван дер Ваальса, такой как дисульфид вольфрама или WS2, для оптической характеристики.

Разбавите материал, многократно разрезав его клейкой лентой, пока не достигнете желаемой толщины. Перенесите тонкие фрагменты с ленты на штамп полидиметилсилоксана (PDMS), разместив штамп на ленту. Примерно через пять минут отнимите PDMS, чтобы отщепы, оставшиеся на PDMS, могли использоваться для последующего переноса.

Очистите пьезокерамическую поверхность, промывая её ацетоном, и сушите её чистым, сухим воздухом или азотом. Нанесите очень тонкий слой клеящего материала на пьезокерамику. Немедленно поставьте PDMS, перенеся отщепление на влажный клей на пьезокерамике.

Аккуратно нажимайте, чтобы обеспечить контакт. Подождите примерно 30 секунд и снимите PDMS, чтобы материал оставался на пьезокерамике. Проверьте адгезию с помощью визуального осмотра или под оптическим микроскопом при необходимости.

Нанесите серебряную пасту для закрепления пьезокерамики и поместите подготовленную пьезокерамику с перенесённым образцом на сцену, чтобы обеспечить электрический контакт с нижними электродами пьезокерамики. Формируйте верхний электрический контакт с помощью серебряной пасты и медного провода. После нанесения серебряной пасты дайте ей высохнуть и высохнуть при комнатной температуре примерно 10 часов, прежде чем приступить к использованию.

Затем вставьте установленный образец в оптическую систему. Подключите электроды к переменному току или генератору переменного напряжения и к земле с помощью изолированных проводов. Держите все открытые проводники изолированными и расположенными вдали от оптического пути.

Включите галогенный источник света и установите максимальную мощность. Убедитесь, что оптический чоппер не закрывает входную щель монохроматора. Направите пучок к камере устройства с сцеплением заряда и выровняйте пятно в выбранной области образца с помощью микроконтроллеров XYZ.

Затем отрегулируйте диафрагму радужки, чтобы установить диаметр пятна на образце. Переключите путь сигнала с предварительного просмотра устройства пары заряда на детектор фотодиода кремниевого штифта, убрав разделитель луча из оптического пути. Далее настройте предусилитель, установив напряжение смещения, тип фильтра и отсечение.

Смещение входа, режим усиления и чувствительность для стабильного сигнала без насыщения. Документируйте выбранные значения. Настройте усилитель блокировки для отображения компонента X, находящегося в фазе.

Установите опорную частоту для генератора переменного напряжения и выберите внутренний источник опоры. Затем выберите соответствующую временную константу и чувствительность. Включите генератор переменного напряжения и установите нужную амплитуду.

Проверьте, что сигнал достигает пьезокерамики без перегрузки устройства. Запустите приложение получения и выберите режим измерения, соответствующий выходу X lock-in. Введите аппаратно-согласованные параметры, включая временную константу, отражающую частоту дискретизации, и укажите путь к выходному текстовому файлу для сохранения данных.

Определите спектральный диапазон в длине волны или энергии фотона и установите размер шага монохроматора в соответствии с пределами прибора. Инициализируйте устройства, запустите сканирование и дайте ему продолжаться без прерываний до конца запланированного диапазона. Оцените общую продолжительность, умножая количество шагов на временную константу, и планируйте соответственно.

После завершения отключите генератор переменного напряжения, не нарушая позицию образца. Убедитесь, что генератор переменного напряжения выключен. Сохраняйте положение луча на образце без изменений.

Чтобы сохранить фокус, направите пучок к предварительному просмотру устройства с связкой зарядов. Перефокусируйтесь и перецентрируйте место. Затем верните путь сигнала на фотодиод.

Запустите оптический чоппер с помощью его контроллера и установите частоту, равную ранее использованной частоте модуляции. Проверьте, что эталонный выход чоппера подключён к входу фиксации. Настройте усилитель блокировки так, чтобы отображать отражаемую способность R и выберите контроллер чоппера в качестве внешнего источника опоры.

Регулируйте постоянную времени и чувствительность, чтобы поддерживать стабильный сигнал, при этом не меняя настройки предусилителя. В приложении для приобретения выберите режим измерения, представляющий фиксированный R-канал. Сопоставьте временную константу с настройкой блокировки и определите новый путь к выходу текстового файла.

Назовите файлы для кодирования параметров выборки, местоположения и получения для парирования наборов данных. Установите тот же спектральный диапазон и размер шага монохроматора, которые использовались при измерении компонента дельты R для этого участка на образце. Запустите сканирование и дайте ему полностью завершиться.

После завершения выключите оптический вертолёт. Если дальнейших измерений не планируется, отключите источник света, монохроматор и другие приборы. После маркировки наборов данных вычислите и постройте график нормированной дельты R, делённой на спектр R по энергии фотона, чтобы определить оптические переходы.

Наконец, подгоняйте спектр с помощью модели формы линии Aspnes, выбирая энергетический диапазон, включающий резонанс, итеративно уточняя параметры и проверяя соответствие на основе остаточных данных и стабильности. Деформированная модулированная компонента переменного тока дельта R и компонент постоянного тока, пропорциональный отражательной способности R, были измерены для одного пятна в дисульфиде вольфрама. Базовая корректированная дельта R, делённая на спектр R, показала чёткие экзотонические резонансы.

Третья производная Aspnes воспроизводила дельту R, делённую на спектр R. Модель была разбита на четыре компонента, и их сумма отображалась пунктирной линией. Форма дельта R была сохранена, а амплитуда монотонно увеличивалась по мере увеличения напряжения переменного тока с 100 до 1200 вольт.

Пиковые величины при выбранных энергиях масштабировались линейно пропорционально амплитуде приложенного напряжения. Увеличение постоянной фиксации фиксации с трёх секунд до 10 секунд и 30 секунд снизило высокочастотный шум и выявило более слабые характеристики дисульфида молибдена. Он позволяет исследователям обнаруживать чувствительные к деформацию прямые оптические переходы в материалах с повышенной чувствительностью.

Ключевая задача — максимизировать отношение сигнал/шум при обеспечении эффективной передачи деформаций и стабильной монтажной системы образца для надёжных оптических измерений. Будущие исследования могут расширить этот метод на монослои и гетероструктуры, чтобы изучить эффекты деформаций и оптические переходы в более сложных системах.