ACS Nano成果速递：光致发光、拉曼、近场光学同步测量技术揭示二维合金材料新特性

发布日期：2021-05-24

近期，乔治亚大学研究人员成功使用一种新型组合显微镜对二维材料进行了深入分析，该显微镜能够利用纳米级的发光，弹性和非弹性光散射测试二维材料，即实现nano-PL、nano-Raman、s-SNOM的同步测量，并将观测的尺度提升到纳米量级。

乔治亚大学Yohannes Abate教授与研究生讨论neaspec设备^[1]

单层异质结构的应用潜力直接受到材料内在和外在的缺陷影响。乔治亚大学的研究人员在Abate教授的带领下，利用neaSNOM散射式近场光学显微镜，研究了二维（2D）单层合金光致氧化过程中纳米尺度下的奇异界面现象。他们发现界面张力可以通过建立稳定的局部势阱来集中本征激子，从而实现的热稳定性和光降解稳定性。该实验结果由neaspec公司独特的nano-PL / Raman和s-SNOM同步测量技术所采集，并已发表在ACS NANO中^[2]。

在实验中，作者合成了由单层面内MoS₂-WS₂异质结构制成的2D纳米级晶体，这些晶体在富Mo的内部区域和富W的外部区域间，显示出了较强的纳米合金界面。在针尖增强照明刺激下（> 100天），他们进一步观察到，光降解过程中界面的激子稳定性、局域性和不均匀性。得益于高度敏感的s-SNOM成像技术，作者探测到富W的外部区域的反射率出现急剧下降。该反射率始于晶体边缘，并随时间向内传播。

在同一样品区域获得的高光谱纳米级光致发光（nano-PL）图像显示，W氧化相关的激子的猝灭会遵循与s-SNOM相同的模式（在边缘开始并向内传播）。令人惊叹的是，合金界面的内部区域表现出了强大的抗氧化能力。即使在光降解100天后，它仍具有很强的s-SNOM信噪比和未淬灭的nano-PL信号。

为了进一步研究结构变化，作者使用nano-PL进行了增强拉曼高光谱纳米成像测量，并在同一扫描区域的每个像素处获取了空间和光谱信息。实验结果表明，在整个晶体的光降解过程中，WS₂拉曼峰逐渐消失，而在内部区域中的MoS₂仍然存在。该结果表明在相同的环境条件、同一显微镜下测量相同的晶体，由于热诱导的合金和基底晶格常数的不匹配，导致光氧化与局部应变存在一定的关联。而合金界面可防止该应变传播到内部区域，从而防止其降解。

neaSNOM显微镜独特的双光束设计，实现了3种不同测量技术在同一样品点的同步测量。该设计允许在单个显微镜中集成nano-PL / Raman和s-SNOM技术，并保持测量的灵敏度。通过大程度优化s-SNOM信号，这种组合还可以实现非常快速的光束对准，从而获得佳的PL和Raman信号。

在neaSNOM设备上，集成不同的纳米级光学技术进行的相关分析，为深入探索2D合金奠定了基础，也使得neaSNOM成为了一个电子和发光性质测量的优秀平台。

参考文献：

[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