光致發光、拉曼、近場光學同步測量技術揭示二維合金材料新性

近期，喬治亞大學研究人員成功使用種新型組合顯微鏡對二維材料進行了深入分析，該顯微鏡能夠用納米的發光，彈性和非彈性光散射測試二維材料，即實現nano-PL、nano-Raman、s-SNOM的同步測量，并將觀測的尺度提升到納米量。

喬治亞大學Yohannes Abate教授與研究生討論neaspec設備^[1]

單層異質結構的應用潛力直接受到材料內在和外在的缺陷影響。喬治亞大學的研究人員在Abate教授的帶下，用neaSNOM散射式近場光學顯微鏡，研究了二維（2D）單層合金光致氧化過程中納米尺度下的奇異界面現象。他們發現界面張力可以通過建立穩定的局部勢阱來集中本征激子，從而實現*的熱穩定性和光降解穩定性。該實驗結果由neaspec公司*的nano-PL / Raman和s-SNOM同步測量技術所采集，并已發表在ACS NANO中^[2]。

在實驗中，作者合成了由單層面內MoS₂-WS₂異質結構制成的2D納米晶體，這些晶體在富Mo的內部區域和富W的外部區域間，顯示出了較強的納米合金界面。在針尖增強照明刺激下（> 100天），他們進步觀察到，光降解過程中界面的激子穩定性、局域性和不均勻性。得益于高度敏感的s-SNOM成像技術，作者探測到富W的外部區域的反射率出現急劇下降。該反射率始于晶體邊緣，并隨時間向內傳播。

在同樣品區域獲得的高光譜納米光致發光（nano-PL）圖像顯示，W氧化相關的激子的猝滅會遵循與s-SNOM相同的模式（在邊緣開始并向內傳播）。令人驚嘆的是，合金界面的內部區域表現出了強大的抗氧化能力。即使在光降解100天后，它仍具有很強的s-SNOM信噪比和未淬滅的nano-PL信號。

為了進步研究結構變化，作者使用nano-PL進行了增強拉曼高光譜納米成像測量，并在同掃描區域的每個像素處獲取了空間和光譜信息。實驗結果表明，在整個晶體的光降解過程中，WS₂拉曼峰逐漸消失，而在內部區域中的MoS₂仍然存在。該結果表明在相同的環境條件、同顯微鏡下測量相同的晶體，由于熱誘導的合金和基底晶格常數的不匹配，導致光氧化與局部應變存在定的關聯。而合金界面可防止該應變傳播到內部區域，從而防止其降解。

neaSNOM顯微鏡*的雙光束設計，實現了3種不同測量技術在同樣品點的同步測量。該設計允許在單個顯微鏡中集成nano-PL / Raman和s-SNOM技術，并保持測量的靈敏度。通過至大程度化s-SNOM信號，這種組合還可以實現非?？焖俚墓馐鴮?，從而獲得佳的PL和Raman信號。

在neaSNOM設備上，集成不同的納米光學技術進行的相關分析，為深入探索2D合金奠定了基礎，也使得neaSNOM成為了個電子和發光性質測量的秀平臺。

參考文獻

[1]. Imaging technique provides link to innovative products, Science & Technology, February 4, 2021by Alan Flurry

[2]. Photodegradation Protection in 2D In-Plane Heterostructures Revealed by Hyperspectral Nanoimaging: The Role of Nanointerface 2D Alloys. ACS Nano 2021, 15, 2, 2447–2457

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1、超高分辨散射式近場光學顯微鏡-neaSNOM