電子線分光による二次元材料の光学特性測定

使用电子束光谱测量二维材料的光学特性

• 批准号: 18F18350
• 负责人: 末永 和知
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-10-12 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18F18350/
• 关键词: EELS; 二次元半導体; STEM; TMDC; vdW heterostructure; Dielectric function; Optical absorption

本共同研究では、二次元材料とくに単原子層物質の特異な光学特性を精密に評価し、とくに原子レベルの構造とエキシトン効果の因果関係を調べることを目的とした。第一の研究テーマは、通常の光吸収スペクトルと電子線をプローブに用いた電子線損失スペクトルとの物理的な関連づけである。これまでの教科書的な解釈では、通常の光を用いた光吸収スペクトルが誘電応答関数の虚数部を表すのに比べ、電子を用いた吸収スペクトルは複素関数となり、一般的にはクラマークロニッヒ変換を行うことでお互いを参照できる。ところが試料が極限まで薄くなると電子線損失スペクトルにおいても実数部の影響が小さくなり、両者のスペクトルはほぼ等しくなる。言い換えるならばバルク試料における電子線スペクトルではスクリーニングによる効果が無視できないが、電子密度の薄い二次元材料もしくは一次元材料においては、両者の違いはほとんど考慮しなくてよい。原理的には散乱ベクトルと伝搬ベクトルの向きの違いを検討することが必要になる。本共同研究では、このような両者の違いを原理に立ち返って説明し、かつ実験的に検証した。議論に加わったウィーン大学のThomas Pichler博士と共同で現在、論文準備中である。第二の研究テーマは、異なるバンドギャップとエキシトンエネルギーを持つ２種類の二次元材料を様々な方位で積層し、層間に発生するエキシトンを測定しようというものである。実際には台湾清華大学の共同研究者が合成したWSe2とMoS2の２種類の結晶を、当研究室で積層し、かつモノクロメータと収差補正機構を備えた電子線分光器を用いて吸収スペクトルと原子レベルの積層構造を同時に観察し、それらの結果を精密に関連づけた。この成果は一本の論文と3件の学会発表としてすでに公表された。

此次联合研究的目的是精确评估二维材料，特别是单原子层材料的独特光学性质，并研究原子级结构与激子效应之间的因果关系。第一个研究主题是普通光学吸收光谱与使用电子束作为探针的电子束损失光谱之间的物理关系。根据传统教科书的解释，使用普通光的光学吸收光谱代表介电响应函数的虚部，而使用电子的吸收光谱是复函数，一般称为Cramer-Kronig变换，可以分别参考。其他通过这样做。然而，当样品变得极薄时，电子束损失谱中实部的影响变得更小，并且两个谱变得几乎相等。换句话说，在块体样品的电子束谱中，屏蔽的影响是不可忽视的，但在二维材料或低电子密度的一维材料中，几乎不需要考虑两者的差异。原则上需要考虑散射矢量与传播矢量方向的差异。在这次联合研究中，我们通过回归原理来解释两者的区别，并通过实验进行验证。目前正在与参与讨论的维也纳大学 Thomas Pichler 博士合作编写一篇论文。第二个研究主题是堆叠两种具有不同带隙和不同方向激子能量的二维材料，并测量层间产生的激子。事实上，我们的实验室堆叠了台湾清华大学联合研究人员合成的两种晶体WSe2和MoS2，并使用配备单色仪和像差校正机构的电子束光谱仪测定吸收光谱。他们同时在原子水平上观察了层状结构，并精确地将结果关联起来。该结果已作为一篇论文和三篇会议报告发表。

项目成果

Momentum Conservation Driven Ultrafast Charge Transfer Dynamics of Interlayer Excitons in vdW Heterostructure

vdW 异质结构中层间激子动量守恒驱动的超快电荷转移动力学

• 发表时间: 2019
• 作者: Gogoi Pranjal Kumar;Lin Yung-Chang;Senga Ryosuke;Komsa Hannu-Pekka;Wong Swee Liang;Chi Dongzhi;Krasheninnikov Arkady V.;Li Lain-Jong;Breese Mark B. H.;Pennycook Stephen J.;Wee Andrew T. S.;Suenaga Kazu;Pranjal Kumar GOGOI
• 通讯作者: Pranjal Kumar GOGOI

Layer Rotation-Angle-Dependent Excitonic Absorption in van der Waals Heterostructures Revealed by Electron Energy Loss Spectroscopy

• DOI: 10.1021/acsnano.9b04530
• 发表时间: 2019-08-01
• 期刊: ACS NANO
• 影响因子: 17.1
• 作者: Gogoi, Pranjal Kumar;Lin, Yung-Chang;Suenaga, Kazu
• 通讯作者: Suenaga, Kazu

Momentum conserved ultrafast charge transfer dynamics of interlayerexcitons in vdW heterostructure

vdW异质结构层间激子动量守恒超快电荷转移动力学

• 发表时间: 2019
• 作者: Gogoi Pranjal Kumar;Lin Yung-Chang;Senga Ryosuke;Komsa Hannu-Pekka;Wong Swee Liang;Chi Dongzhi;Krasheninnikov Arkady V.;Li Lain-Jong;Breese Mark B. H.;Pennycook Stephen J.;Wee Andrew T. S.;Suenaga Kazu;Pranjal Kumar GOGOI;Pranjal Kumar GOGOI;Pranjal Kumar GOGOI
• 通讯作者: Pranjal Kumar GOGOI

Layer rotation angle dependent ultrafast charge transfer dynamics of interlayer excitons in vdW heterostructure

vdW 异质结构中层间激子的层旋转角依赖超快电荷转移动力学

• 发表时间: 2019
• 作者: Gogoi Pranjal Kumar;Lin Yung-Chang;Senga Ryosuke;Komsa Hannu-Pekka;Wong Swee Liang;Chi Dongzhi;Krasheninnikov Arkady V.;Li Lain-Jong;Breese Mark B. H.;Pennycook Stephen J.;Wee Andrew T. S.;Suenaga Kazu;Pranjal Kumar GOGOI;Pranjal Kumar GOGOI
• 通讯作者: Pranjal Kumar GOGOI