中国科学院大学生创新实践训练计划

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1、“中国科学院大学生创新实践训练计划”项目申请表申请人姓名：所在高校：申请研究所：研究所指导教师：申请项目名称：申请资助金额：（元）中国科学院前沿科学与教育局制2017年9月申请人姓名学号就读高校所属院系手机电子信箱指导教师姓名单位职称强磁场科学中心项目成员姓名所在单位专业申请人简介（包括个人的特长、兴趣等）项目意义、内容及方案进度以下内容仅供参考一、研究背景及意义自诺贝尔物理学奖得主K.Novoselov和A.Geim在2004年成功剥离石墨烯以来，新型二维电子材料以其独特的结构及物性，引起了研究热潮。其中，过渡金属二

2、硫化物（Transitionmetaldichalcogenides，简称TMD）作为一种性能更加优异的类石墨烯材料，尤其得到关注。TMD与石墨烯类似，可由机械剥离或化学合成出稳定的单层结构，并在光伏器件、电化学、灵敏探测以及催化方面表现出巨大的应用前景。如在2011年，A.Kisgroup将二维TMD材料MoS2单层膜（ML）做成了场效应晶体管（FET），其极高的开关比（on/offratio）以及在室温时优异的电子迁移率（217cm2V-1s-1），展示出了TMD材料的优越性。本项目的研究对象MoTe2作为一种TM

3、D材料，同样具有丰富的电学、光学、磁学性质和应用前景。下面详细介绍MOTe2的结构、物性与研究方法。1.结构：MoTe2具有TMD典型的层状结构，每层由紧密结合的三明治结构Te–Mo–Te组成，层内的Mo原子与Te原子之间为共价键。单层三明治结构的Te–Mo–Te非常稳定，而相邻单层之间由较弱的范德瓦尔斯力结合。图一：MoTe2不同相态的结构示意图2.物性：MoTe2晶体具有三种不同的相，分别为2H,1T’及Td相。其中2H相表现出半导体性质，而1T’与Td相表现出半金属性质。此外，Td相MoTe2在0.1K的临界转变

4、温度下具有超导性质，并且在极小的压力作用便可大大提高超导转变温度。已有研究表明，将1T’相降温至245K以下，便可获得Td相；1T’相MoTe2被认为是一种潜在的拓扑超导体。2H相MoTe2体材料是禁带宽度为1.0000eV的间接带隙半导体；Raman光谱的测量结果表明，在室温下，相比于前面所提的MoS2，MoTe2具有更高的载流子迁移率。由于量子约束效应，随着层数的减少，MoTe2的带隙宽度持续增加，当厚度减少为单层时，MoTe2也由间接带隙转变为直接带隙，这一特性在发光二极管、光电探测器和太阳能电池方面有潜在的应用

5、价值。3.研究方法：本项目的核心研究方法为泵浦探测技术（pump-probe）。由于分子原子内的电荷分离和转移、能量传递过程，一般都发生在飞秒到纳秒时间尺度上，而常规的稳态测试方法只能反映整个过程的积分效应，无法体现各个物理量随时间的变化关系。泵浦探测技术可以探测到飞秒量级分辨率的丰富信息，这对深入认识材料本身性质是十分重要的。下面以飞秒瞬态吸收(transientabsorption)光谱技术为例进行说明。当原子接收到E=hv的能量，便被激发到较高能级。在泵浦探测系统中，使用一束激光（泵浦光）来激发样品，将一定比例的

6、样品激发到高电子激发态。经过一定的延时t，再将一束较弱的光（探测光）通过样品被激发的区域，由此可计算在有、无泵浦光下的透过光谱差ΔT。通过改变泵浦光与探测光之间的延时t的值，可得到ΔT随时间和波长变化的函数；通过改变泵浦光的强度，进而得到不同能态上粒子数分布随时间的变化过程。图二：典型泵浦探测系统光路图（ref.4）通过泵浦方法所得到的光谱能够同时给出受激发射信号、光致吸收信号和基态漂白信号等多种物理信息。其优点是不但包含探测发光态信息，还包含了探测非发光态、暗态、光反应瞬态产物和长寿命产物以及基态的信息。因此，泵浦方

7、法是研究粒子动力学行为的强大工具。二、研究内容如前所述，MoTe2有着多种结构相变、超导等奇异物性，而且其特殊能带结构让它成为了探索自旋-谷相互作用的理想平台。这一方向已经成为了凝聚态物理研究中的热点。目前，大多数研究都集中在的MoTe2平衡态研究中，而对于其激发态以及其动态行为还少有涉猎。本项目将在获得高质量MoTe2单晶的基础上，采用泵浦探测技术，重点研究如下两方面内容：1)针对不同厚度样品中间接能隙到直接能隙的转变，采用泵浦探测技术，探索MoTe2中不同能带结构中激发态的动力学行为异同。2)研究强磁场作用下，Mo

8、Te2体系中自旋-谷相互作用的动力学行为。三、研究方案0）文献调研，了解TMD材料的研究现状；1）机械剥离MoTe2材料，获得纳米级MoTe2薄片；2）对MoTe2材料进行一般表征，包括结构信息、电输运特征等；3）通过PL、SHG等光谱测量方法，对MoTe2进行光谱表征；4）通过泵浦方法，进行强磁场下MoTe2激子动力学研究。四、