二维范德华异质结的拉曼光谱研究

Two two-dimensional (2D) materials can be stacked together by a specific twist angle to form a 2D van der Waals heterostructures (vdWHs) with novel properties. 2D vdWHs are not only used to manipulate the physical properties of 2D materials, but also widely exist in various photonic and electronic devices. Interfacial interaction, manipulating physical properties by Moiré pattern, localization or extension of lattice vibration, optically probing electronic band structure are several key problems of scientific researches in 2D vdWHs. This project intends to study Raman spectroscopy of 2D vdWHs under experimental conditions of multiple wavelength excitations, different temperatures and high spectral resolution measurement to investigate the mechanism of Raman modes modulated by the 2D superlattice potential field of Moiré pattern, to study interfacial interaction of 2D vdWHs through the Davydov splitting of the high frequency phonon modes, to reveal the lattice dynamics of 2D vdWHs by resonance Raman scattering along with the localization-like or extension-like characteristics of atomic displacement of phonon vibration modes, and to investigate the intrinsic natures of double resonance Raman scattering in 2D vdWHs. The project is helpful to comprehensively understand the correlation between 2D vdWHs and 2D subsystem on the lattice vibration modes and the electronic band structures as well as to promote the application of 2D vdWHs in optoelectronic devices.

将两种二维材料按一定扭转角度堆垛到一起可形成具有新颖性质的二维范德华异质结，简称二维异质结。二维异质结不仅被用来调控二维材料的物理性质，而且被广泛应用于各种高效光电器件。界面相互作用、莫氏图样对物性的调控、晶格振动的局域性或扩展性以及电子能带结构的光学探测等物理问题是二维异质结科学研究中的一系列关键问题。本项目拟利用拉曼散射技术在多波长激发、低温和常温以及超高光谱分辨等条件下，研究二维莫氏图样超晶格势场对二维异质结拉曼模式的影响机制，通过高频声子模的达维多夫劈裂来研究界面相互作用对二维异质结子系统拉曼模式的影响，通过共振拉曼散射系统研究异质结的晶格动力学及其声子振动模的局域或扩展特性以及研究二维异质结子系统的双共振拉曼散射本质。本项目对全面深入理解二维异质结的晶格振动模式和电子能带结构与其子系统的关联性，推动二维异质结在光电子器件中的应用有重要意义。

将两种二维材料按一定扭转角度堆垛到一起可形成具有新颖性质的二维范德华异质结，简称二维异质结。二维异质结不仅被用来调控二维材料的物理性质，而且被广泛应用于各种高效光电器件。界面相互作用、莫氏图样对物性的调控、晶格振动的局域性或扩展性以及电子能带结构的光学探测等物理问题是二维异质结科学研究中的一系列关键问题。本项目在多波长拉曼激发、常温和低温以及超高光谱分辨测试等条件下利用拉曼光谱在二维范德华异质结中跨维度的电子-声子耦合机制、多元范德华异质结界面耦合、二维超晶格中的层间耦合、莫尔声子和声子重整化等方面展开研究。项目执行期间在Nature Materials、Nature Comunications、Advanced Materials,、Nano Letters、ACS Nano等重要学术期刊上发表基金标注论文29篇，其中包括综述性论文3篇。出版英文编著《Raman spectroscopy of two-dimensional materials》、中文专著《石墨烯基材料的拉曼光谱学研究》和译著《石墨烯相关体系的拉曼光谱学》。授权发明专利5项。项目主持人在国内外学术会议上做大会报告、主旨报告和邀请报告累计40次。成功举办2021年第四届低维材料应用与标准研讨会，400余名专家学者参会。项目主持人于2019至2022年连续4年入选科睿唯安全球“高被引科学家”，2021至2022年连续入选爱思唯尔“中国高被引学者”。培养在读和毕业研究生9人，研究生获中国科学院院长特别奖2人次、获中国科学院优秀博士学位论文1人次、获国家奖学金3人次，获国际和全国学术会议优秀论文和最佳张贴报告奖6人次。