THz超灵敏调制器基于二硫化钼纳米晶

二硫化钼(MoS2)是一种新型纳米材料,其结构为六方晶系层状[9]。纳米二硫化钼普遍从辉钼矿中提炼,常温下为铅灰色粉末状物质,人工合成的二硫化钼则呈黑色,如图4.30(a)所示。单层二硫化钼由三层原子构成,是一种三明治结构,如图4.30(b)所示。图中黑色的原子为钼原子,其上下黄色的原子为硫原子。这种特殊的晶格结构导致其具有高的结构稳定性及化学稳定性。一般的二硫化钼呈块状,由单层二硫化钼堆叠而成,各层之间的距离约为0.65 nm,层间作用力为范德瓦耳斯力。

图4.30　(www.xing528.com)

(a)二硫化钼粉末;(b)二硫化钼分子结构

由于单层二硫化钼的特殊结构使其具有荧光等光学特性,令其在二次电池、场效应晶体管、传感器、电致发光、电存储等众多领域拥有广阔的应用前景。传统的理化方法较难制备单层二硫化钼,目前常用来制备单层二硫化钼的方法有两类：第一类被称为“自上而下”法,主要有微机械力剥离法、锂离子插层法、液相超声剥离法、激光法和退火逐层变薄法等;第二类为“自下而上”法,主要有硫化还原单质银法、硫化二氧化钼法、硫化三氧化银法、硫化五氯化钼法和高温分解法等。

单层二硫化钼与石墨烯具有相似的结构,它的部分性质也与石墨烯相似,如机械性能。与石墨烯结构中碳原子平面六边形结构不同,在单层二硫化钼结构中,由于硫原子和钼原子不在同一个水平面上,打开了拓扑绝缘体的狄拉克点,形成了类半导体的禁带结构。根据最近的报道,单层二硫化钼表现出1.8 eV的直接带隙,表明它可以被绿光激发。这种类似半导体的性质在许多领域有更广泛的应用。近期一些研究表明,单层二硫化钼在THz技术领域有着比较大的应用潜力。例如,Docherty等研究了在蓝宝石基底上通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)法制备的单层二硫化钼的超快瞬态THz电导率;Buss等报道了块状二硫化钼(SiC基底)的瞬态THz电导率。这里重点介绍利用二硫化钼纳米晶光生载流子产生的“催化”效应来实现对太赫兹波的光泵浦调制。