隨著石墨烯材料的廣泛應(yīng)用，后續(xù)一系列類石墨烯材料包括硅烯、鍺烯、MoS2、MoSe2、WSe2等相繼被提出，特別是其中一些材料具備石墨烯材料所不具備的直接帶隙性質(zhì)，從而使得這些材料擁有了在量子光學(xué)和光電子學(xué)等領(lǐng)域的重大應(yīng)用潛力，獲得了廣泛重視。為了進(jìn)一步提升基于二維薄膜材料的光、電性能，利用應(yīng)變對(duì)材料能帶的調(diào)制成為調(diào)制二維材料性能的重要手段。截至目前為止，利用應(yīng)變對(duì)能帶的調(diào)制幾乎全部以機(jī)械應(yīng)變的形式提出。然而，機(jī)械應(yīng)變對(duì)能帶的調(diào)制需要以犧牲材料的量子效率為代價(jià)；同時(shí)，機(jī)械應(yīng)變不能在材料上形成永久性的應(yīng)變。
針對(duì)上述問(wèn)題，重慶研究院量子信息技術(shù)中心趙洪泉研究員及其研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次提出，以溫和熱處理結(jié)合在液體中快速降溫的方法，在2D材料上產(chǎn)生基于2D材料與襯底材料熱膨脹系數(shù)差的熱應(yīng)變對(duì)材料性能的調(diào)制。該研究以MoS2單原子層為具體對(duì)象，但適用對(duì)象包括所有二維晶體薄膜材料、器件等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量熱處理和快速降溫前后熒光譜和拉曼譜的變化，結(jié)果表明，在200℃溫和熱處理和快速冷卻條件下，MoS2單原子層的熒光峰值強(qiáng)度有2倍以上提高；同時(shí)，熒光A激子的譜峰波長(zhǎng)和拉曼譜E12g模式頻率隨熱處理溫度從室溫到600℃近似線性變化，幅度分別為3.82meV/100℃和-0.28cm-1/100℃。當(dāng)溫度控制精度達(dá)到1℃時(shí)，熒光A激子的譜峰波長(zhǎng)和拉曼譜E12g模式頻率控制精度分別達(dá)到0.0038meV和0.0028cm-1，調(diào)制精度達(dá)到傳統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)變調(diào)制的100倍。從而明確了200℃附近溫和熱處理和快速降溫有助于大幅提高薄膜材料的直接躍遷量子效率，并對(duì)能帶進(jìn)行同步精細(xì)調(diào)制。該方法所產(chǎn)生的熱應(yīng)變同時(shí)是一種永久性的應(yīng)變，只有在再次進(jìn)行高溫?zé)崽幚項(xiàng)l件下才能消除。
該研究為基于應(yīng)變對(duì)2D材料的能帶結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)制提供了實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。
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