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意大利摩德纳大学Phys. Rev. Lett.: 利用发光光谱法区分层状材料中的不同堆垛

时间：2023-11-23 来源： 浏览：

意大利摩德纳大学Phys. Rev. Lett.: 利用发光光谱法区分层状材料中的不同堆垛

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2023年11月15日，Phys. Rev. Lett.在线发表了意大利摩德纳大学Matteo Zanfrognini、CNR-纳米科学研究所Fulvio Paleari、巴黎萨克雷大学Annick Loiseau和Julien Barjon 课题组的研究论文，题目为《 Distinguishing Different Stackings in Layered Materials via Luminescence Spectroscopy 》。

范德华堆垛结构的微观控制正在成为层状材料光电性质工程的一个重要工具。在石墨中，菱形堆垛可能导致非平庸的拓扑性质，而由相同堆垛基序引起层间耦合的不对称性导致过渡金属硫族化合物（TMDs）中出现铁电性，以及由于层间耦合强度的变化而增加的有效迁移率。在转角氮化硼（BN）层中，堆垛顺序的局部变化再次产生铁电畴。因此，了解单层堆垛结构对范德华材料电子性质的影响至关重要。

尽管层状BN的晶体结构简单，但它具有令人惊讶的各种声子辅助发光峰。 在此研究中，作者 从实验和理论上解释了 菱形和六方BN中电子激发和晶格振动之间的相互作用是如何影响辐射发射光谱的 ， 这两种 多型体是 具有间接带隙的低维层状材料 。 通过阴极发光光谱法测量了高质量样品的发射光谱，显示了两种多型体之间的特征差异。 使用第一性原理计算技术解释了这些差异，该技术 考虑了“间接”有限动量激子通过耦合到有限动量声子的辐射发射 ， 对所涉及的有限动量激子态和声子模式提供全面而准确的描述，从而显示了 面外晶格振动对rBN而非hBN的激子辐射复合的辅助作用 。 这项研究的分析和方法可能有助于间接带隙层状材料的生长和表征，这些材料作为新型二维光电子器件的基本组成部分得到了广泛应用。

图1  (a) 具有AA ’ 堆垛的 BN ；(b) 形成rBN 晶胞的三个移位层

图2  (a) rBN粉末的亮场TEM图像；(b) 晶体[10-1]带轴的高分辨率TEM图像；(c) 白色矩形的放大图像；(d) 模拟图像

图3 hBN和rBN在T=5 K时的阴极发光光谱比较

图4 (a, c) hBN和rBN的实验和理论发光光谱；(b, d) hBN和rBN沿Γ-K方向的声子色散

【 论文链接 】
Zanfrognini, M., Plaud, A., Stenger, I. et al. Distinguishing Different Stackings in Layered Materials via Luminescence Spectroscopy . Phy s. Rev. Lett. , 2023 , 131, 206902. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.206902

【其他相关文献】

[1] Woods, C.R., Ares, P., Nevison-Andrews, H. et al. Charge-polarized interfacial superlattices in marginally twisted hexagonal boron nitride. Nat. Commun ., 2021 , 12, 347. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20667-2
[2]  Schue, L. Sponza, L. Plaud, A. et al. Bright luminescence from indirect and strongly bound excitons in h-BN. Phys. Rev. Lett ., 2019 , 122, 067401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.067401
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