Raman and PL study on interlayer interactions in two-dimensional materials
- 주제(키워드) Raman spectroscopy , 2D materials , interlayer interaction , interlayer vibrational mode , interlayer exciton , WSe2 , MoSe2 , 라만 분광학 , 2차원 물질 , 이황화텅스텐 , 이황화몰리브데넘 , 층간 상호작용 , 층간 엑시톤 , 층간 진동 모드
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 정현식
- 발행년도 2021
- 학위수여년월 2021. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 물리학과
- UCI I804:11029-000000066240
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
The application of 2-dimensional materials has been expanded by introducing heterostructures. Among the heterostructures, the twisted bilayer, which is a relatively simple system, has been intensively studied. The interlayer interaction plays an important role in determining the physical characteristics of heterostructures. Interlayer interactions are influenced by the constituents themselves and the twist angle between the two layers having a hexagonal structure. Therefore, investigating twist-angle dependence of the physical properties is necessary for the application of the heterostructures. In this study, the interlayer interaction that depends on the twist angle in a hetero-twisted bilayer (TBL) composed of single-layer MoSe2 and WSe2 was investigated using optical measurements such as Raman, reflectance contrast, and photoluminescence spectroscopy. When the twist angle is close to 0° or 60°, the interlayer vibrational mode such as the breathing and shear modes and the interlayer exciton photoluminescence signals were observed. In the intermediate regime of the twist angle, zone-folded acoustic and optical phonons were activated by the moiré superlattice. In addition, the excitonic states in the heterostructure were confirmed with the reflectance contrast signal. Finally, the origin of the interlayer exciton was investigated via photoluminescence excitation (PLE) measurements by tracing the intensity of the interlayer exciton signals as a function of the excitation energy. Our findings suggest that the twist angle significantly affects the interlayer vibrations and excitonic states in the heterostructure system.
more초록/요약
2차원 반도체 물질은 이종접합구조를 도입함으로써 그 응용성이 확장될 수 있는데, 이때 층간 상호작용은 이종접합구조의 물리적 특성을 결정하는 중요한 요소로 작용한다. 층간 상호작용은 구성 물질의 종류뿐만 아니라 육각구조를 가지는 두 층 사이의 접합각도에 큰 영향을 받는다. 따라서 접합각도에 따른 이종접합구조의 물성 변화를 연구하는 것은 이를 응용함에 있어 매우 중요하다. 본 연구에서는 단일층 MoSe2 와 WSe2로 구성된 이종접합구조에서 접합각도에 따른 층간 상호작용을 라만 및 반사, 발광 신호를 이용하여 분광학적으로 연구하였다. 접합각도가 0도 또는 60도에 가까운 경우, 층 전체가 수직방향으로 진동하는 breathing mode와 수평방향으로 진동하는 shear mode를 관찰하였으며, 발광 스펙트럼에서는 층간 엑시톤 발광 신호가 관찰되었다. 반면, 중간 각도에서는 모아레 초격자에 의한 구역 접힘 포논 신호가 활성화되는 것을 확인하였다. 또한, 반사 신호를 통해 접합각도에 따른 이종접합구조에서의 엑시톤 에너지 준위를 확인하였으며, 나아가 여기 에너지에 따라 층간 엑시톤 신호의 세기 변화를 관찰하는 PLE 측정을 통해 접합각도가 다른 이종접합구조에서 층간 엑시톤의 기원이 다름을 밝혀냈다. 이러한 연구 결과는 이종접합구조에서 접합각도가 층간 진동과 엑시톤 구조에 큰 영향을 미친다는 것을 시사하며, 이러한 이해는 이종접합구조를 소자로 응용하는 데에 큰 역할을 할 것으로 예상된다.
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