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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咼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出由项目成员姓名学中心 所在单位专业申请人简介（包括个人的特长、兴趣等）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 属二硫化物(Transition metal dichalcogenides ，简称TMD作为
2、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MoS单层膜(ML做成了场效应晶体管(FET)，其极高的开 关比(on /off ratio )以及在室温时优异的电子迁移率(217 cm2V-1s-1 )，展示出了 TMD材料的优越性。本项目的研究对象 MoTe作为一种TMD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MOTe的结构、物性与研究方法。1. 结构：MoTe具有TMD典型的层状结构，
3、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。项目意义、 内容及方案进度tT相：早斜百 丰全匪；图一：MTiE2不同相态的结构示意图2. 物性：MoTe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MoTe在0.1K的临界 转变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MoTe 被认
4、为是一种潜在的拓扑超导体。2H相MoTe?体材料是禁带宽度为1.000 0 eV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 M0S2, 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，MoTe?的带隙宽度持续增加，当厚度减少为单层时，MoTe?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，
5、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（tran sie nt absorptio n）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 A T。通过改变泵浦光与探测光之间的延时t的值，可得到AT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
6、随时间的变化过程。Pump 冲|辉JOI iim j nm -BBOIkrlfCtinn |i回|（廉11论 lijklChoppeJ-Hudj-wiivc plak _SIiiiTIciCiipuicitzspecliwKtryrIuhIlHiUlT图二：典型泵浦探测系统光路图（REF4 ）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 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
7、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MoTe?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，MoTe2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M
8、oTe2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、研究进度安排1: 2016.08-2016.11 :文献调研以及常温下的光路搭建，禾U用标样进行调试；2: 2016.11-2017.2:学习TMD单晶材料的机械剥离；进行非磁场下的基本物性表征及 光谱表征；3: 2017.2-2017.5 :学习泵浦方法，进行强磁场下MoTe2激子动力学行为研究；4: 2017.6-2017.8 :整理分析实验数据，撰写学术论文与项目总结报告。主要参考文献：1 C. Rupper
9、t, O.B. Asia n, T.F. Hei nz. Optical Properties and Ba nd Gap of Si ngle- and Few-Layer MoTe2 Crystals, Nano Letters, 14 （2014） 6231-6236.2 A.H. Reshak, S. Auluck, Band structure and optical resp onse of 2H-MoX2 compo unds （X=S, Se, and Te）, Physical Review B, 71 （2005）.3 王前文.MoS_2-WS_2和MoS_2-MoTe_2
10、单层异质结构及 Fe掺杂的单层 MoS_2的第一性原理研究D.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所）,20144 乔自文，高炳荣，陈岐岱，王海宇，王雷.飞秒超快光谱技术及其互补使用J.中国光学,2014,04:588-599.通过该项目的研究，我们预期获得如下成果：1）获得不同厚度的高质量纳米级 MoTe2薄片；预期成果2）通过泵浦方法获得 MoTe2激子动力学信息，比较得出 MoTe2不同能带结构中激 发态的动力学行为异同；3）撰写科技论文一篇，为研究生学习阶段打下基础。经 费 预 算科目预算金额（元）12345678910合计申请人所在 单位意见（学院/学校）负责人（签名）：单位公章：年月日研究所 指导教师 推荐意见导师（签名）：研究生院 意见（科学岛）年 月日是否同意资助；资助金额元负责人（签名）：单位公章：年月日表格空间不足的，可以扩展附加页
