近期，喬治亞大學(xué)研究人員成功使用一種新型組合顯微鏡對二維材料進(jìn)行了深入分析，該顯微鏡能夠利用納米的發(fā)光，彈性和非彈性光散射測試二維材料，即實(shí)現(xiàn)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(xué)Yohannes Abate教授與研究生討論neaspec設(shè)備[1]
單層異質(zhì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用潛力直接受到材料內(nèi)在和外在的缺陷影響。喬治亞大學(xué)的研究人員在Abate教授的帶領(lǐng)下，利用neaSNOM散射式近場光學(xué)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(xiàn)象。他們發(fā)現(xiàn)界面張力可以通過建立穩(wěn)定的局部勢阱來集中本征激子，從而實(shí)現(xiàn)高的熱穩(wěn)定性和光降解穩(wěn)定性。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果由neaspec公司特的nano-PL / Raman和s-SNOM同步測量技術(shù)所采集，并已發(fā)表在ACS NANO中[2]。
在實(shí)驗(yàn)中，作者合成了由單層面內(nèi)MoS2-WS2異質(zhì)結(jié)構(gòu)制成的2D納米晶體，這些晶體在富Mo的內(nèi)部區(qū)域和富W的外部區(qū)域間，顯示出了較強(qiáng)的納米合金界面。在針尖增強(qiáng)照明刺激下（> 100天），他們進(jìn)一步觀察到，光降解過程中界面的激子穩(wěn)定性、局域性和不均勻性。得益于高度敏感的s-SNOM成像技術(shù)，作者探測到富W的外部區(qū)域的反射率出現(xiàn)急劇下降。該反射率始于晶體邊緣，并隨時(shí)間向內(nèi)傳播。
在同一樣品區(qū)域獲得的高光譜納米光致發(fā)光（nano-PL）圖像顯示，W氧化相關(guān)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(nèi)傳播）。令人驚嘆的是，合金界面的內(nèi)部區(qū)域表現(xiàn)出了強(qiáng)大的抗氧化能力。即使在光降解100天后，它仍具有很強(qiáng)的s-SNOM信噪比和未淬滅的nano-PL信號。
為了進(jìn)一步研究結(jié)構(gòu)變化，作者使用nano-PL進(jìn)行了增強(qiáng)拉曼高光譜納米成像測量，并在同一掃描區(qū)域的每個(gè)像素處獲取了空間和光譜信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在整個(gè)晶體的光降解過程中，WS2拉曼峰逐漸消失，而在內(nèi)部區(qū)域中的MoS2仍然存在。該結(jié)果表明在相同的環(huán)境條件、同一顯微鏡下測量相同的晶體，由于熱誘導(dǎo)的合金和基底晶格常數(shù)的不匹配，導(dǎo)致光氧化與局部應(yīng)變存在一定的關(guān)聯(lián)。而合金界面可防止該應(yīng)變傳播到內(nèi)部區(qū)域，從而防止其降解。
neaSNOM顯微鏡特的雙光束設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了3種不同測量技術(shù)在同一樣品點(diǎn)的同步測量。該設(shè)計(jì)允許在單個(gè)顯微鏡中集成nano-PL / Raman和s-SNOM技術(shù)，并保持測量的靈敏度。通過至大程度優(yōu)化s-SNOM信號，這種組合還可以實(shí)現(xiàn)非?？焖俚墓馐鴮?zhǔn)，從而獲得至佳的PL和Raman信號。
在neaSNOM設(shè)備上，集成不同的納米光學(xué)技術(shù)進(jìn)行的相關(guān)分析，為深入探索2D合金奠定了基礎(chǔ)，也使得neaSNOM成為了一個(gè)電子和發(fā)光性質(zhì)測量的平臺。
參考文獻(xiàn)：
[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
責(zé)任編輯：逯紅棟
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