Small Methods: 二维各向异性黑磷晶体的晶格振动与拉曼光谱综述

二维黑磷晶体具有层数依赖的可调直接带隙、高的载流子迁移率以及强的激子结合能等优异性质,在光学和电学器件中具有潜在的应用前景,受到研究人员的广泛关注。同时,由于低的结构对称性,黑磷具有显著的面内各向异性性质,其光、电、热以及机械等性质都依赖于它的晶格方向。

拉曼光谱是一种表征材料结构与成分的指纹识别光谱,具有方便、快速和无损等特点,在二维纳米材料的表征中具有广泛的应用,可用来鉴定二维纳米材料的层数、边缘类型、堆垛结构、缺陷、掺杂类型和层间作用力等;同时,拉曼光谱还可以用来研究晶体中光子与电子相互作用和电子与声子相互作用。

近日,北京大学化学与分子工程学院张锦-童廉明课题组在Small Methods上发表了二维各向异性黑磷晶体的晶格振动与拉曼光谱的综述,总结了近年来二维黑磷晶体拉曼光谱研究的进展。文章从黑磷的原子结构、晶体对称性、声子谱、振动模归属等物理基础出发,介绍了黑磷层数依赖的拉曼光谱,黑磷晶体的拉曼选择定则,晶格取向的拉曼光谱法鉴定,层间剪切模和呼吸模以及外场下如温度、应力、压力下黑磷的拉曼光谱等。二维黑磷晶体的拉曼强度强烈依赖于材料的厚度、振动模对称性与激发光能量,显示出异常的角度分辨拉曼散射强度,即异常的拉曼选择定则。作者从经典拉曼散射模型和微观拉曼理论出发,详细讨论了黑磷复杂的拉曼散射张量、黑磷晶体中的双折射效应、各向异性的光子-电子和声子-电子相互作用、衬底的干涉效应等因素的影响,系统解释了黑磷异常拉曼散射的机理。本综述展示了拉曼光谱在黑磷表征和研究中的重要应用,同时也对各向异性二维材料的拉曼光谱研究具有一定的指导意义

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