van der Waals Katmanlı Kristallerinde Optik Geçişlerin Pizorefleks Spektroskopisi

Araştırmam, katmanlı yarı iletkenlerde doğrudan optik geçişleri tanımlamak ve gerilme kaynaklı spektral değişiklikleri anlamak için piezoreflektans spektroskopiyi geliştirdi. Bu yöntem, toplu ve az katmanlı van der Waals kristalleri dahil olmak üzere katmanlı yarıiletkenlerin mikrometre ölçekli optik çalışmaları için uygundur. Başlangıç olarak, optik karakterizasyon için tungsten disülfüt veya WS2 gibi van der Waals kristalinin toplu malzemesini elde edinin.

Malzemeyi yapıştırıcı bantla tekrar tekrar inceleyerek inceltin ve tercih edilen kalınlığa ulaşın. Banttan ince parçaları, damgayı banta yerleştirerek polidimetilsiloksan veya PDMS damgasına aktarın. Yaklaşık beş dakika sonra, PDMS'yi geri çekerek PDMS'de kalan pullar sonraki transfer için kullanılabilsin.

Piezoseramik yüzeyi asetonla durulayarak temizleyin ve yüzeyi temiz, kuru hava veya azotla kurutun. Piezoseramiğe çok ince bir yapışkan madde tabakası uygulayın. PDMS'yi hemen yerleştirin, pulu piezoseramik üzerindeki ıslak yapıştırıcıya taşıyarak.

Temas için nazikçe basın. Yaklaşık 30 saniye bekleyin ve PDMS'yi soyarak malzemenin piezoseramik üzerinde kalmasını sağlayın. Yapışmayı görsel incelemeyle doğrulayın veya gerekirse optik mikroskop altında doğrulayın.

Piezoseramiği sabitlemek için gümüş macun uygulayın ve transfer edilen örneği içeren hazırlanan piezoseramik, piezoserami alt elektrotlarla elektriksel temas sağlamak için sahneye yerleştirin. Üstteki elektrik temasını gümüş macun ve bakır tel kullanarak oluşturun. Gümüş macunu uyguladıktan sonra, yaklaşık 10 saat boyunca oda sıcaklığında kuruup kürlenmesine izin verin.

Sonra monte edilen örneği optik kuruluma yerleştirin. Elektrotları alternatif akıma veya AC voltaj jeneratörüne ve yalıtılmış kablolarla toprağa bağlayın. Tüm açıkta kalan iletkenleri yalıtılmış ve optik yoldan uzak konumlanmış tutun.

Halojen ışık kaynağını açın ve maksimum çıkışa ayarlayın. Optik kopterin monokromatör giriş yarığını engellemediğinden emin olun. Işın, yük bağlı cihaz kamerasına yönlendirilmesi ve XYZ mikrodenetleyicileri kullanarak seçilen bölgedeki noktayı hizalamasın.

Sonra iris diyafram açıklığını örnekteki nokta çapını ayarlamak için ayarlayın. Sinyal yolunu, şarj eşi cihaz önizlemesinden silikon pin foto diyot dedektörüne geçirin; böylece optik yoldan ışın ayırıcıyı çıkarın. Sonra, ön amplifikatoru öngaz voltajı, filtre tipi ve kesme ayarlarıyla yapılandırın.

Giriş ofseti, kazanç modu ve hassasiyet, doygunluk olmadan kararlı bir sinyal elde etmek için kullanılır. Seçilen değerleri belgeleyin. Kilitli amplifikatoru faz X bileşenini gösterecek şekilde yapılandırın.

AC voltaj jeneratörü için referans frekansını ayarlayın ve dahili referans kaynağını seçin. Sonra uygun bir zaman sabiti ve hassasiyet seçin. AC voltaj jeneratörünü etkinleştirin ve istenen genliği ayarlayın.

Sinyalin cihazı aşırı çalıştırmadan piezoseramika ulaştığından emin olun. Satın alma uygulamasını başlatın ve X kilitlenme çıkışına karşılık gelen ölçüm modunu seçin. Örnekleme hızını temsil eden bir zaman sabiti dahil olmak üzere donanım tutarlı parametreleri girin ve veriyi kaydetmek için çıktı metin dosyasına giden yolu belirtin.

Dalga boyu veya foton enerjisindeki spektral aralığı tanımlayın ve monokromatör adım boyutunu cihazın sınırlarına göre ayarlayın. Cihazları başlatın, taramayı başlatın ve programlanan aralığın sonuna kadar kesintisiz devam etmesine izin verin. Toplam süreyi zaman sabitiyle çarparak tahmin edin ve buna göre plan yapın.

İşlem tamamlandıktan sonra, numune pozisyonunu bozmadan AC voltaj jeneratörünü kapatın. AC voltaj jeneratörünün kapalı kaldığını doğrulayın. Örnek üzerindeki ışın konumunu değiştirmeden kalın.

Odak korunduğundan emin olmak için, ışını şarj bağlı cihaz önizlemesine yönlendirin. Yeniden odaklanın ve noktayı yeniden merkeze al. Sonra sinyal yolunu foto diyota geri döndürün.

Optik chopper'ı kontrolcüsüyle çalıştırın ve frekansı daha önce kullanılan modülasyon frekansına eşit ayarlayın. Chopper referans çıkışının kilitli referans girişine bağlı olduğunu doğrulayın. Kilitli amplifikatoru referanslı yansıtma R'yi gösterecek şekilde yapılandırın ve chopper kontrolörünü harici referans kaynağı olarak seçin.

Ön amplifikatör ayarlarını değiştirmeden sabit bir sinyali korumak için zaman sabitini ve hassasiyetini ayarlayın. Edinim uygulamasında, kilitli R kanalını temsil eden ölçüm modunu seçin. Zaman sabitini kilitleme ayarıyla eşleştirin ve yeni bir çıktı metin dosyası yolu tanımlayın.

Veri setlerini eşleştirmek için örnek, konum ve edinim parametrelerini kodlamak için dosyalara isimler verin. Numunedeki o nokta için delta R bileşeninin ölçümü sırasında kullanılan aynı spektral aralık ve monokromatör adım boyutunu ayarlayın. Taramayı başlatın ve tamamen bitmesini bekleyin.

İşlem tamamlandıktan sonra optik chopper'ı kapatın. Daha fazla ölçüm planlanmıyorsa, ışık kaynağını, monokromatörü ve diğer aletleri kapatın. Veri setlerini etiketledikten sonra, normalleştirilmiş delta R'nin R spektrumuna bölünmesi ve foton enerjisi ile karşılaştırıldığında optik geçişleri belirleyin.

Son olarak, rezonansı içeren bir enerji aralığı seçerek, parametreleri yinelemeli olarak iyileştirerek ve kalıntılar ile stabiliteye dayalı uyumu doğrulayarak spektrumu Aspnes çizgi şekili modeli kullanarak uyarlayın. Gerilme modülasyonlu AC bileşeni delta R ve yansıtma R'ye orantılı DC bileşeni, tungsten disülfütte tek bir nokta için ölçüldü. Başlangıç düzeltmesi düzeltilmiş Delta R'nin R spektrumuna bölünmesi sonucu net ekzotonik rezonanslar gösterdi.

Aspnes'in üçüncü türev uyumu, delta R'nin R spektrumuna bölünmesini yeniden üretti. Model dört bileşene ayrılmış ve toplamları kesik çizgiyle gösterilmiştir. Delta R hattı şekli korunurken, alternatif akım voltajı 100'den 1.200 volta yükseltildiğinde genlik monoton olarak arttı.

Seçilen enerjilerdeki zirve büyüklükler, uygulanan voltaj genliğiyle doğrusal olarak ölçeklenmiştir. Kilitlenme zaman sabitinin üç saniyeden 10 saniye ve 30 saniyeye çıkarılması, yüksek frekanslı gürültüyü azaltmış ve molibden disülfünde daha zayıf özellikler ortaya çıkarmıştır. Bu saye, araştırmacıların bu malzemelerde gerilime duyarlı doğrudan optik geçişleri gelişmiş hassasiyetle tespit etmesini sağlar.

Temel zorluk, sinyal-gürültü oranını en üst düzeye çıkarırken verimli gerilme transferi ve güvenilir optik ölçümler için stabil örnek montajını sağlamaktır. Gelecekteki çalışmalar, bu yöntemi tek katmanlar ve heteroyapılara genişleterek daha karmaşık sistemlerde gerilme etkilerini ve optik geçişleri inceleyebilir.