二维GeSe偏振光学的特性研究

光在传播过程中振动方向对于传播方向的不对称性叫作偏振，偏振也是光作为电磁波的重要特征之一。偏振光探测在线性偏光镜（LPL）、偏振遥感以及医疗诊断治疗等方面已经表现出广泛的应用前景。目前人们对可见波段的偏振检测研究已比较普及，而对其他特殊波段的偏振探测有待进一步探索。最近，中国科学院半导体研究所的李京波研究员（点击查看介绍）、魏钟鸣研究员（点击查看介绍）和天津大学的胡文平教授（点击查看介绍）合作，围绕二维GeSe材料在短波近红外波段（700-1100 nm）的偏振光探测取得了新进展。

GeSe是一种典型的二元IV-VI硫族化合物，最近的研究表明，这种化合物是以高度各向异性的层状正交晶系方式结晶（空间群Pcmn-，比黑磷的空间群Bmab-对称性低）。此外，GeSe的带隙范围为1.1-1.2 eV，从而使其适用的二向色性波段分布在1100 nm波段（可见/短波近红外波段）以内，并且在靠近带边处，高态密度直接导致高吸收系数。鉴于上述特性，GeSe在面内各向异性等方面的独特性质有待更多的研究，来实现其在可见/短波近红外波段光偏振探测方面的应用。

在这一背景下，该研究团队中的博士生王晓亭等人利用GeSe材料高蒸气压的特点，采用真空气相沉积法成功获得了高质量的GeSe层状单晶。通过XRD以及TEM表征，他们证实了获得的二维GeSe纳米片具有很高的结晶度。同时，他们还通过拉曼光谱、光吸收谱和光探测器件研究系统分析了GeSe在晶格振动以及光学方面的各向异性（如图1所示）。由于GeSe的几个典型的拉曼振动模强度会随着入射光和散射光的偏振方向以及样品的夹角而变化，拉曼光谱检测为GeSe晶向的确定提供了一种快速简便的方法。在光学方面，GeSe的各向异性体现在偏振度可分辨的光吸收谱和光电流谱等方面，在532 nm的激光波长下，二向色性比为1.09，在638 nm下为1.44，在808 nm下为2.16，与吸收谱测试结果基本相符（对应的各向异性吸收比分别是1.09，1.26，3.02）。这两种测试方法系统地确定了GeSe最佳的各向异性光响应在808 nm波长附近，并且结合理论计算的佐证，系统探测显示8-16 nm厚度的GeSe有助于实现最优质的光探测结果。该研究成果表明二维GeSe在线偏振探测领域具有潜在的应用。

图1. 由GeSe低晶格对称性导致的角度依赖各向异性的拉曼信号和808 nm激光下的探测性能

该研究成果于近期发表在美国化学会旗下的Journal of the American Chemical Society，相关工作得到中国科学院和国家自然科学基金委员会的资助。

该论文作者为：Xiaoting Wang, Yongtao Li, Le Huang, Xiang-Wei Jiang, Lang Jiang, Huanli Dong, Zhongming Wei, Jingbo Li and Wenping Hu

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Short-Wave Near-Infrared Linear Dichroism of Two-Dimensional Germanium Selenide

J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 14976, DOI: 10.1021/jacs.7b06314

导师介绍

李京波

http://www.x-mol.com/university/faculty/26827

魏钟鸣

http://www.x-mol.com/university/faculty/26828

胡文平

http://www.x-mol.com/university/faculty/26829