飞秒脉冲激光沉积法制备的原子级薄层Yb3?掺杂MoS?的结构、光谱及激子动力学表征

摘要： 首次在二氧化硅玻璃光学平台上，通过飞秒脉冲激光沉积法实现了10毫米×10毫米原子级薄Yb3?掺杂MoS?薄膜的大面积沉积与合成，该技术适用于器件应用。通过光致发光(PL)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱证实了Yb3?离子掺杂的存在。当采用976纳米激光激发时，Yb3?掺杂MoS?薄膜在室温下呈现峰值波长为1002纳米的光致发光。对掺杂与未掺杂薄膜的XPS和拉曼光谱分析表明，经500°C退火处理后沉积薄膜由2H相和1T相MoS?混合组成。密度泛函理论分析显示，在0K条件下1T相比2H相具有+77千焦(≈0.8电子伏特)/摩尔的亚稳态能垒。超快瞬态非线性光学光谱测量证实，Yb3?离子掺杂显著改变了未掺杂MoS?的可饱和吸收特性，表现为掺杂剂-基质结构的电荷转移。复杂的瞬态吸收线型显示出A(670纳米)和B(630纳米)激子能级的漂白(负)信号组合，以及A激子能级下方的强诱导吸收。本研究结果为设计新型稀土离子掺杂二维材料及器件提供了关键理论依据。