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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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各向異性層狀材料角分辨偏振拉曼光譜定量預(yù)測研究獲進(jìn)展

2025-08-14 半導(dǎo)體研究所

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層狀材料按照晶體的面內(nèi)對稱性分為各向同性層狀材料（ILM）和各向異性層狀材料（ALM），特定過程中，ILM也會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)锳LM，因此，ALM是層狀材料中最為廣泛的存在。ALM表現(xiàn)出偏振敏感的光學(xué)響應(yīng)和各向異性物性，是偏振光探測器、場效應(yīng)晶體管和熱電器件的潛力材料。深入理解ALM的本征光學(xué)各向異性以及光子-電子、電子-聲子耦合作用的各向異性，對于推動(dòng)其在偏振光電子器件中的應(yīng)用具有重要意義。

角分辨偏振拉曼（ARPR）光譜是研究各向異性材料的光學(xué)各向異性、光子-電子和電子-聲子耦合的有力工具。此前近半個(gè)世紀(jì)中，科學(xué)界公認(rèn)其強(qiáng)度可以通過拉曼張量R定量預(yù)測，但2015年有研究發(fā)現(xiàn)，ALM 的ARPR強(qiáng)度反常地依賴于薄片厚度和激發(fā)光波長，且擬合所得的R還受襯底影響。因此，如何定量理解和預(yù)測從薄層到類體材料ALM薄片的ARPR強(qiáng)度，是該領(lǐng)域研究的一大難題。

該科研團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了ALM薄片中的拉曼散射過程，提出了本征拉曼張量R^int和有效拉曼張量R^eff的概念。R^int與具有類似能帶結(jié)構(gòu)ALM的厚度及其所置的襯底無關(guān)，是ALM的本征屬性，直接反映了ALM內(nèi)部拉曼散射發(fā)生處聲子對應(yīng)原子位移場所導(dǎo)致的極化率改變程度；R^eff則反映了在ALM外部入射光和接收散射光偏振矢量與拉曼散射強(qiáng)度之間的關(guān)系?？蒲袌F(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)測定了厚層BP和4層Td-WTe₂薄片中沿特定晶向的復(fù)折射率，并全面分析了其光場調(diào)制作用，獲得了實(shí)驗(yàn)材料在常用激光波長下R^int的矩陣元，進(jìn)而推導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)材料在上述激光波長下R^eff 的矩陣元。基于該參數(shù)以及ALM外部入射光、接收散射光即可定量預(yù)測ALM薄片的ARPR強(qiáng)度，不需要任何擬合參數(shù)。

該理論框架可以拓展到其他任意薄層或者類體材料的ALM薄片，無論其電子特性是否隨層數(shù)變化、激發(fā)光波長是否為共振激發(fā)，在獲得沿特定晶向復(fù)折射率的基礎(chǔ)上，都能實(shí)現(xiàn)對在任意襯底上相應(yīng)ALM中ARPR強(qiáng)度的定量預(yù)測。

相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）。

該研究工作獲得科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目等的支持。

近日，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所譚平恒團(tuán)隊(duì)基于對各向異性層狀材料黑磷（BP）、Td相二碲化鎢（Td-WTe?）的研究提出一項(xiàng)新理論，任意襯底上的各向異性層狀材料，其角分辨偏振拉曼強(qiáng)度（ARPR）都可以通過該理論進(jìn)行定量預(yù)測。該研究有助于深入理解各向異性層狀材料的本征屬性，解決其在偏振光電子器件中的應(yīng)用難題。層狀材料按照晶體的面內(nèi)對稱性分為各向同性層狀材料（ILM）和各向異性層狀材料（ALM），特定過程中，ILM也會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)锳LM，因此，ALM是層狀材料中最為廣泛的存在。ALM表現(xiàn)出偏振敏感的光學(xué)響應(yīng)和各向異性物性，是偏振光探測器、場效應(yīng)晶體管和熱電器件的潛力材料。深入理解ALM的本征光學(xué)各向異性以及光子-電子、電子-聲子耦合作用的各向異性，對于推動(dòng)其在偏振光電子器件中的應(yīng)用具有重要意義。角分辨偏振拉曼（ARPR）光譜是研究各向異性材料的光學(xué)各向異性、光子-電子和電子-聲子耦合的有力工具。此前近半個(gè)世紀(jì)中，科學(xué)界公認(rèn)其強(qiáng)度可以通過拉曼張量R定量預(yù)測，但2015年有研究發(fā)現(xiàn)，ALM 的ARPR強(qiáng)度反常地依賴于薄片厚度和激發(fā)光波長，且擬合所得的R還受襯底影響。因此，如何定量理解和預(yù)測從薄層到類體材料ALM薄片的ARPR強(qiáng)度，是該領(lǐng)域研究的一大難題。該科研團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了ALM薄片中的拉曼散射過程，提出了本征拉曼張量Rint和有效拉曼張量Reff的概念。Rint與具有類似能帶結(jié)構(gòu)ALM的厚度及其所置的襯底無關(guān)，是ALM的本征屬性，直接反映了ALM內(nèi)部拉曼散射發(fā)生處聲子對應(yīng)原子位移場所導(dǎo)致的極化率改變程度；Reff則反映了在ALM外部入射光和接收散射光偏振矢量與拉曼散射強(qiáng)度之間的關(guān)系?？蒲袌F(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)測定了厚層BP和4層Td-WTe2薄片中沿特定晶向的復(fù)折射率，并全面分析了其光場調(diào)制作用，獲得了實(shí)驗(yàn)材料在常用激光波長下Rint的矩陣元，進(jìn)而推導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)材料在上述激光波長下Reff 的矩陣元?；谠搮?shù)以及ALM外部入射光、接收散射光即可定量預(yù)測ALM薄片的ARPR強(qiáng)度，不需要任何擬合參數(shù)。該理論框架可以拓展到其他任意薄層或者類體材料的ALM薄片，無論其電子特性是否隨層數(shù)變化、激發(fā)光波長是否為共振激發(fā)，在獲得沿特定晶向復(fù)折射率的基礎(chǔ)上，都能實(shí)現(xiàn)對在任意襯底上相應(yīng)ALM中ARPR強(qiáng)度的定量預(yù)測。相關(guān)研究成果近日在線發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）。該研究工作獲得科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目等的支持。

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