黑磷納米片的光電導激子吸收與層數關系介紹
黑磷，繼石墨烯和過渡金屬硫化物之后又一種二維材料，由于其可調的帶隙、高遷移率和與光的強相互作用等優點，吸引了廣大科研學者對其光學和光電等性質的研究。
二維材料的光吸收是以二維光電導來描述的。在通常的二維材料中，激子吸收隨著層數的增加而增強.以石墨烯為例，單層石墨烯的光電導在可見光和近紅外波段是同一個常數，即σ0= e2/4?， N層石墨烯的光電導為Nσ0，與層數成正比。
對于少層黑磷納米片，激子吸收隨著層數的減小而增強（圖3a）。這是由于層數越少，介電屏蔽越弱，量子束縛效應越強，因此激子結合能（電子和空穴的“吸引力”）越大，導致吸收越強。
此外，我們還發現帶邊吸收卻與層數無關，幾乎是一個常數（圖3b），這個現象也與常見的二維材料不同。他們利用k·p方法和二維激子模型，對這個現象同樣給出了理論解釋：在二維材料中，帶邊吸收是由光學躍遷過程中參與的子能帶數量決定的。
在黑磷中，不管多少層，只有1對子能帶參與光學躍遷，所以光電導都為~σ0；與之不同的是，對于石墨烯，有多少層就有多少對子能帶參與光學躍遷。
對黑磷而言，層數越少，反而越不透光！“這種‘以少勝多’的現象其實都是空間受限的量子效應在起作用”，該研究是通過測試機械剝離法制備的一系列層數的黑磷樣品的傅里葉變換紅外光譜（FTIR，圖1，圖2）實現的。
圖1 黑磷的晶體結構和紅外光譜表征示意圖
圖2 不同層數黑磷納米片的紅外光譜（室溫）
圖3（a）激子吸收與層數的關系；（b）帶邊吸收與層數的關系；（c）二維激子示意圖
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