低維材料的磁性與磁光研究.pdf

1、因為具有優(yōu)良的電、力、熱學特性，石墨烯被人們認為是未來革命性的材料。然而石墨烯作為光電材料應用時“開關(guān)比”太低，同時，石墨烯也不具有本征磁性，雖然通過外界手段可以獲得微弱磁性，但是難以精確控制。因此尋求具有本征帶隙和本征磁性的低維材料并探索其中性質(zhì)對于低維材料的應用有著重要意義。
　　本論文以典型的二維半導體材料2H-MoTe2和磁性二維半導體材料Cr2Ge2Te6為研究對象，研究了二維材料的磁性以及磁光行為，同時搭建了測量二維材

2、料中超快時間分辨磁光克爾的實驗系統(tǒng)以探索二維材料中的超快動力學行為。本論文由下面五個部分組成:
　　首先在緒論部分對二維材料以及二維材料的磁光研究做了概括介紹。第一節(jié)系統(tǒng)介紹了零帶隙的石墨烯、二維半導體材料以及磁性二維半導體材料的基本物性及其應用前景。第二節(jié)對常見的二維材料磁光表征手段其探測原理進行了說明，同時介紹了這些磁光測試方法在二維材料中的具體應用。第三節(jié)是研究動機以及研究內(nèi)容。
　　第二章詳細介紹了2H-MoTe2的

3、塞曼效應以及利用塞曼劈裂能獲得的A激子參數(shù)。首先在溫度T=4.2K，磁場B=41.68T的條件下，通過不同圓偏振光的反射光譜第一次觀察到了塊體2H-MoTe2中的塞曼效應。然后利用塞曼劈裂能與磁場的關(guān)系，利用不同的氫原子模型，獲得了A激子的基本參數(shù)。其中利用三維氫原子模型獲得的A激子參數(shù)為:mr=0.33m0，r1=2.71nm，Eb=15.6meV。雖然研究的是塊體的2H-MoTe2，但是2H-MoTe2中層與層之間的間距比較大，并且

4、電子態(tài)密度表現(xiàn)出二維特性，利用二維氫原子模型得到的A激子的關(guān)鍵參數(shù)mr=0.24m0，r1=2.28nm，Eb=45.4meV。
　　第三章是利用高壓技術(shù)對磁性二維半導體材料Cr2Ge2Te6中的自旋-晶格耦合調(diào)控的研究。壓力下的拉曼光譜探測表明在壓力P＜5.71GPa時，拉曼振動模向高波數(shù)發(fā)生移動，但是并沒有結(jié)構(gòu)相變發(fā)生。壓力下Cr2Ge2Te6的磁性測試結(jié)果表明在壓力P≤1GPa時，隨著壓力的增大，鐵磁轉(zhuǎn)變溫度向低溫區(qū)發(fā)生移動

5、，即磁性逐漸減弱。同時，還利用第一性原理計算了壓力下Cr2Ge2Te6的晶格演化。在壓力作用下，Cr-Cr之間的距離減小，Cr-Te-Cr之間的夾角逐漸增大而偏離了90°。通過分析Cr2Ge2Te6內(nèi)的磁交換作用，發(fā)現(xiàn)Cr-Cr之間的距離減小意味著反鐵磁作用增強而Cr-Te-Cr之間的夾角逐漸偏離了90°意味著鐵磁作用減小，因此在壓力作用下總的磁性減弱，這與我們的磁性測量結(jié)果相吻合。
　　第四章主要介紹了時間分辨磁光克爾系統(tǒng)的測試

6、原理以及自主搭建的時間分辨磁光克爾測量系統(tǒng)。在系統(tǒng)搭建中解決了等光程點尋找、微弱信號獲取等問題，實現(xiàn)了百飛秒量級的時間分辨能力、0～8T外加磁場、8～300K溫度范圍的測試能力。
　　第五章是工作總結(jié)和展望，二維材料因其在剝離到納米級厚度時仍具有優(yōu)異的電、光、熱以及力學性能，使其在將來的光電子領(lǐng)域以及納米電子學領(lǐng)域都具有很好的應用前景。下一步將繼續(xù)探索更高壓力下Cr2Ge2Te6中的磁性以及結(jié)構(gòu)的演化，并利用自行搭建的時間分辨磁光