复旦大学揭示少层黑磷的光学特性

(记者黄鑫)复旦大学教授严湖根的研究小组，用一种改进的机械剥离法制备了面积较大(400-10000平方微米)的几层黑磷，并用红外光谱对其进行了表征。系统深入地研究了2-15层(厚度1-8纳米)黑磷能带结构随层数的变化规律，成功实现了能带的应力调节。最近，相关研究发表在《自然-传播》杂志上。据报道，这项工作是世界上首次表征低层黑磷的红外光谱。

理论计算表明，无论黑磷有多少层，它们都是直接带隙半导体，并且随着层数的变化，黑磷的带隙可以在很大范围内调节。当黑磷从块体材料变薄为单层时，带隙覆盖了从可见光到中红外光的光谱区域，这正好填充了石墨烯(零带隙)和过渡金属硫化物(可见光/近红外带隙)之间的间隙。

研究表明，红外光谱技术通过无损测量可以准确、方便地确定黑磷的层数和晶体方向。此外，研究小组通过施加单轴应力来调整黑磷的能带结构。以六层黑磷为例，1%的单轴应力可以使带隙变化23%，表明黑磷在应力传感领域有着广阔的应用前景。

与此同时，研究人员还观察到理论上被几层黑磷所禁止的红外跃迁。尽管这些跃迁很弱，但它们仍能提供许多关于能带结构的重要信息，如导带和价带的不对称性以及载流子的性质。

专家表示，研究成果为低层黑磷在红外探测器、调制器和应力传感器中的应用奠定了基础，揭示了黑磷在中长波红外探测器工业领域的巨大潜力。

《中国科学日报》(第四版，2017年1月11日)