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 月姓 名 学 号就读高校 所属院系申 请 人手 机 电子信箱姓 名 单 位 职 称指导教师 强磁场科学中心姓 名 所在单位 专 业项目成员申请人简介（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，过渡金属二硫化物（Transi
2、tion metal dichalcogenides，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. Kis group 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/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 MoTe2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。
3、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 TeMoTe 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 TeMoTe 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：MOTE 2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
4、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 1.000 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 MoS2，MoTe 2 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 2 的带隙宽度持续增加，当厚度减少为单层时，MoTe 2 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，
5、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( transient absorption)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 T。通过改变泵浦光与探测光之间的延时 t 的值，可得到 T
6、 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，MoTe 2 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
7、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，MoTe 2 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
8、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，利用标样进行调试；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. Ruppert, O.B. Aslan, T.F. Heinz, Optical Properties and Band Gap of Singl
9、e- and Few-Layer MoTe2 Crystals, Nano Letters, 14 (2014) 6231-6236.2 A.H. Reshak, S. Auluck, Band structure and optical response of 2H-MoX2 compounds (X=S, Se, and Te), Physical Review B, 71 (2005). 3王前文. MoS_2-WS_2 和 MoS_2-MoTe_2 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,
10、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.预期成果通过该项目的研究，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；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。科目 预算金额（元）12 3456789经费预算10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）：年 月 日研究生院意见（科学岛）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。
