低維材料的磁性與磁光研究.pdf

1、因?yàn)榫哂袃?yōu)良的電、力、熱學(xué)特性，石墨烯被人們認(rèn)為是未來(lái)革命性的材料。然而石墨烯作為光電材料應(yīng)用時(shí)“開(kāi)關(guān)比”太低，同時(shí)，石墨烯也不具有本征磁性，雖然通過(guò)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(duì)于低維材料的應(yīng)用有著重要意義。
　　本論文以典型的二維半導(dǎo)體材料2H-MoTe2和磁性二維半導(dǎo)體材料Cr2Ge2Te6為研究對(duì)象，研究了二維材料的磁性以及磁光行為，同時(shí)搭建了測(cè)量二維材

2、料中超快時(shí)間分辨磁光克爾的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以探索二維材料中的超快動(dòng)力學(xué)行為。本論文由下面五個(gè)部分組成:
　　首先在緒論部分對(duì)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(dǎo)體材料以及磁性二維半導(dǎo)體材料的基本物性及其應(yīng)用前景。第二節(jié)對(duì)常見(jiàn)的二維材料磁光表征手段其探測(cè)原理進(jìn)行了說(shuō)明，同時(shí)介紹了這些磁光測(cè)試方法在二維材料中的具體應(yīng)用。第三節(jié)是研究動(dòng)機(jī)以及研究?jī)?nèi)容。
　　第二章詳細(xì)介紹了2H-MoTe2的

3、塞曼效應(yīng)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(chǎng)B=41.68T的條件下，通過(guò)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(yīng)。然后利用塞曼劈裂能與磁場(chǎng)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(duì)磁性二維半導(dǎo)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(cè)表明在壓力P＜5.71GPa時(shí)，拉曼振動(dòng)模向高波數(shù)發(fā)生移動(dòng)，但是并沒(méi)有結(jié)構(gòu)相變發(fā)生。壓力下Cr2Ge2Te6的磁性測(cè)試結(jié)果表明在壓力P≤1GPa時(shí)，隨著壓力的增大，鐵磁轉(zhuǎn)變溫度向低溫區(qū)發(fā)生移動(dòng)

5、，即磁性逐漸減弱。同時(shí)，還利用第一性原理計(jì)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(guò)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(qiáng)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(cè)量結(jié)果相吻合。
　　第四章主要介紹了時(shí)間分辨磁光克爾系統(tǒng)的測(cè)試

6、原理以及自主搭建的時(shí)間分辨磁光克爾測(cè)量系統(tǒng)。在系統(tǒng)搭建中解決了等光程點(diǎn)尋找、微弱信號(hào)獲取等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了百飛秒量級(jí)的時(shí)間分辨能力、0～8T外加磁場(chǎng)、8～300K溫度范圍的測(cè)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(jí)厚度時(shí)仍具有優(yōu)異的電、光、熱以及力學(xué)性能，使其在將來(lái)的光電子領(lǐng)域以及納米電子學(xué)領(lǐng)域都具有很好的應(yīng)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(shí)間分辨磁光