课题组博士生谢兴同学在国际纳米权威期刊Nanoscale上发表论文

      近日，课题组成员谢兴同学在刘老师的指导下，以第一作者在国际纳米权威期刊Nanoscale (影响因子8.307)上发表题为 “Observation of Optical Anisotropy and Linear Dichroism Transition in Layered Silicon Phosphide”(层状磷化硅SiP的光学各向异性和线性二色性转变特性)的实验论文。

图：层状磷化硅SiP的光学各向异性和线性二色性转变特性

        莫尔超晶格二维非对称材料，包括黑磷 (BP)、ReS₂、PdSe₂、GeSn、VO₂和新兴的层状SiP，展示出显著的光电特性，使它们适用于偏振敏感的光电探测器和传感器。在这些材料中，由于其可调节的带隙、超高载流子迁移率（超过1000 cm² V⁻¹ s⁻¹）、高开关比和平面各向异性特性，BP引起了广泛关注。然而，其环境不稳定性限制了其实际应用。考虑到这些限制，作为IV-V 2D材料的新成员，层状SiP的出现引起了极大的兴趣，它具有与BP相媲美的高载流子迁移率、热动力学稳定性20和优良的各向异性特性。与BP相比，层状SiP具有类似的平面各向异性晶体结构，使其成为研究各向异性光学特性的合适材料。此外，类似于其他IV-V化合物（例如GeAs, 、GeP, GeAs₂和SiP₂），SiP具有多个拉曼活跃模，使其成为研究振动行为和极化拉曼特征的理想材料。此外，SiP的低频（<100 cm^-1）拉曼光谱对于理解层状材料中特有的剪切和呼吸模式至关重要。

      激子，即电子-空穴束缚态，是理解材料的电子结构和多体效应的理想介质。通过PL光谱学，可以理解激子的发光特性，为设计光电探测器、光敏器件、自旋电子学和发光二极管奠定基础。在低温下，可以观察到更多激子的细节，例如二维异质结构的相互作用激子和moire材料的moire激子。由于热膨胀和增强的电子-声子相互作用，材料的能带结构被调制，导致光学跃迁的偏移。对于二维层状半导体，其固有的层间耦合也受热效应影响，从而导致材料的能带结构变化。例如，二维黑磷(BP)的光学带隙受温度影响的相互作用耦合强烈。因此，通过温度因素，可以在一定程度上理解带结构和激子行为。

      在本研究中，我们采用拉曼光谱、PL和吸收光谱的组合对低对称性的二维层状磷化硅(SiP)的光学特性进行了全面研究。在低波数下，观察到两个强度较高的剪切模式。对极化拉曼光谱的进一步分析显示出这两个剪切模式以及其他高频拉曼模式的强周期变化，这与基于拉曼强度和背向散射配置中的拉曼张量的预测一致。此外，在低温下观察到多种激子类型。随着温度的升高，这些激子峰值向蓝色或红色偏移，伴随着间接激子的消失（在超过200 K的温度下）和高能激子的出现。此外，层状SiP的各向异性材料表现出吸收和PL的线性二色性，展示了在偏振敏感的光电探测器上的潜在应用。

文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/nr/d3nr01765f/unauth

Comments:

The study described in the comment focuses on the investigation of optical anisotropy and linear dichroism transition in layered silicon phosphide (SiP). The authors emphasize the growing interest in studying two-dimensional (2D) anisotropic materials due to their unique electronic, optical, and mechanical characteristics. While the anisotropic optical properties and angle-dependent photodetectors of various 2D materials have been extensively explored, the authors argue that there is still a need to investigate novel in-plane anisotropic materials to cater to different environments and devices.

The researchers report their findings on the anisotropic behavior of excitons in layered SiP and demonstrate a distinctive linear dichroism transition of absorption between ultraviolet and visible light. They achieve this by analyzing polarization photoluminescence (PL) and absorbance spectra. The authors note a high absorption linear dichroism ratio at different wavelengths, indicating non-isotropic responses of the material.

The study also discusses the Raman modes A1 and A2 in 2D SiP, which exhibit a periodic variation allowing for the determination of crystal orientation. Furthermore, the temperature-dependent PL spectra show the presence of indirect excitons with phonon sidebands. The energy shifts observed with increasing temperature are attributed to enhanced electron-phonon interaction and thermal expansion.

Overall, the findings of this study provide valuable insights into the fundamental physical properties of layered SiP and offer guidelines for designing polarization-sensitive photodetectors and angle-dependent devices using 2D anisotropic materials.