二维黑磷的光学性质*

黄申洋 张国伟 汪凡洁 雷雨晨 晏湖根†

1) (复旦大学物理学系, 上海 200438)

2) (西北工业大学柔性电子研究院, 西安 710129)

1 引 言

2004 年石墨烯的问世[1]标志通往二维材料世界的大门被打开.经过科学家们的不断探索, 至今已有几百种二维材料相继被发现[2-4], 材料的种类包含了二维半金属、二维半导体、二维绝缘体, 二维铁磁材料等.二维材料中蕴含了丰富有趣的物理现象, 如半整数量子霍尔效应[5,6]、Klein 隧穿等[7];另外二维材料表面原子级平整且不受晶格匹配的限制, 不同的二维材料之间可以如同堆积木方式相互堆叠形成范德瓦耳斯异质结[8], 从而进一步丰富了二维材料的物理特性, 如: 在魔角石墨烯中的反常超导[9], 石墨烯-氮化硼莫尔超晶格中的霍夫斯塔特蝴蝶(Hofstadter’s butterfly)及分数量子霍尔效应[10], 超长寿命的层间激子[11]和莫尔激子[12],可调控的莫特绝缘体[13-15]等, 使得二维材料具有极其广泛的研究与应用价值.

二维黑磷是2014 年才加入二维材料的大家族, 最早是由复旦大学Li 等[16]进行了研究报道,他们展示了基于少层黑磷制成的场效应晶体管(FET)不仅具有高达105的开关比, 同时室温下具有不俗的载流子迁移率(约1000 cm2/V).随后二维黑磷以其优异的性质很快引起了人们广泛研究兴趣, 在2014—2015 年一年间就有近百篇关于黑磷的研究论文发表[17].不同于石墨烯、过渡金属硫族化合物(TMDCs)等其他的二维材料, 黑磷具有以下特性.1)黑磷具有面内褶皱的原子结构(如图1),具有很强的面内各向异性; 通常把沿着x 方……