近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所課題組與中國工程物理研究院科研人員合作，應用太赫茲時域光譜（0.2-1.2 THz）和傅里葉變換光譜（2.5-6.5 THz）研究了不同襯底上單層MoS₂的太赫茲光電特性。相關成果以Substrate-induced electronic localization in monolayer MoS₂ measured via terahertz spectroscopy為題發表在Optics Letters上。 

　　近年來，單層MoS₂已成為電子、光電研究領域的熱門材料，其獨特的谷電子學特性使其在信息技術領域具有潛在的重要應用。從物理學的角度來看，單層MoS₂最有趣的特征是電子能量在能帶中K和K’點附近近似簡并，但在這兩點附近電子的贗自旋方向相反。因此單層MoS₂可以用于研究谷霍爾效應、谷磁矩、谷光偏振等新奇物理現象。類似于傳統的薄層半導體器件，單層MoS₂基的電子、光電子器件通常置于襯底上。襯底會引入額外的雜質、聲子、界面散射，導致單層MoS₂中電子的局域化，影響器件的電學和光學性能。因此，研究單層MoS₂在不同襯底上的基本物理性質對相關器件的制備和應用具有重要的意義，這是本研究的主要目的和動機。

　　科研人員研究了三種常用襯底（如藍寶石、石英、SiO₂/Si）上單層MoS₂的太赫茲光學性質。由于太赫茲光子能量（1 THz = 4.13 meV）遠小于單層MoS₂的禁帶寬度（約1.75 eV），THz輻照不會在樣品中激發光生載流子和誘發激子效應，因此可以利用THz光譜技術來研究單層MoS₂的自由載流子特性。另外，可以通過研究樣品光電導率的實部和虛部隨頻率的變化關系，獲得樣品中電子的局域化信息，這是常規電輸運實驗難以直接測量到的物理特性。研究發現，樣品光電導率的實部和虛部隨頻率的變化關系與常規光電導率（Drude公式）不符，但可很好地滿足考慮了電子背散射或局域化效應的Drude-Smith公式。通過實驗數據與理論公式的擬合，光學測量獲得了樣品的電子濃度、電子弛豫時間（或遷移率）、電子局域化因子等關鍵材料物理參數，以及它們隨溫度（80-280 K）的變化關系。相關研究基于太赫茲光譜技術，為理解襯底材料對二維材料物理性質的影響提供了新的思路和途徑。

　　該項研究得到科技部、國家自然科學基金、合肥科學院科技中心等的資助。

　　相關文章鏈接：https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-44-17-4139&origin=search

　　圖1. 三種不同襯底上單層MoS₂的 (a) 有效電子濃度， (b) 電子濃度， (c) 電子局域化因子， (d)電子弛豫時間隨溫度的變化關系。實驗結果由太赫茲時域光譜測量得到。

　　圖2. 室溫下單層MoS₂在SiO₂/Si、藍寶石、石英襯底上的光電導率實部隨頻率的變化關系。低頻結果由太赫茲時域光譜測量得到，高頻結果由太赫茲傅里葉光譜測量得到。