共聚焦顯微鏡在過渡金屬二硫族化合物（TMDs）研究中的應(yīng)用

TMDs 展現(xiàn)出奇特的光物理特性，包括強(qiáng)烈的激子效應(yīng)、與層數(shù)相關(guān)的能帶結(jié)構(gòu)以及自旋 - 谷耦合，這些特性使其在光電子、谷電子學(xué)和量子光子學(xué)研究領(lǐng)域具有高度相關(guān)性。

為了充分理解這些原子級(jí)薄材料中激子、三離子和缺陷的行為，精確的時(shí)間分辨光譜表征至關(guān)重要。

用于 TMD 研究的工具和系統(tǒng)

以下是我們的系統(tǒng)在典型 TMD 研究應(yīng)用中的不同配置情況：
-MicroTime 100(BXFM機(jī)身) > 用于空間分辨的 TRPL 和 FLIM（時(shí)間分辨光致發(fā)光和熒光壽命成像）
- MicroTime 100 (BXFM 機(jī)身) > 用于單點(diǎn)壽命測(cè)量
- MicroTime 100 (BXFM 機(jī)身) > 用于薄膜表征
- MicroTime 100 (BXFM 機(jī)身) + FluoTime 300 > 用于對(duì)局部特征或薄片進(jìn)行微區(qū)光致發(fā)光（Micro-PL）分析

使用共聚焦 TRPL 和激子擴(kuò)散評(píng)估 TMDs 的化學(xué)處理

Zhaojun Li 及其同事致力于基于半導(dǎo)體過渡金屬二硫化物（TMDs）的二維材料，以制造高性能光電子器件。某些化學(xué)處理方法比其他方法更能提高這些材料的光致發(fā)光（PL）產(chǎn)率，但至今原因不明。

為揭示經(jīng) H-TFSI 處理過的單層 MoS2樣品和 Li-TFSI 處理過的單層 MoS2樣品的光致發(fā)光增強(qiáng)機(jī)制，研究小組使用配備 405 nm 脈沖激光器的時(shí)間分辨共聚焦顯微鏡等技術(shù)進(jìn)行了共聚焦 TRPL 實(shí)驗(yàn)。

他們觀察到，隨著 PL 強(qiáng)度增加，壽命縮短，表明化學(xué)處理后輻射復(fù)合速率提高。經(jīng) Li-TFSI 和 H-TFSI 處理后，衰減動(dòng)力學(xué)差異顯著。

此外，通過激發(fā)中心點(diǎn)然后對(duì)周圍區(qū)域成像，利用共聚焦 TRPL 可觀察到激子傳輸情況。從歸一化 PL 強(qiáng)度空間 profile 在數(shù)納秒內(nèi)的展寬，可得到激子擴(kuò)散系數(shù)。結(jié)果表明，激子在經(jīng) Li-TFSI 處理的樣品中傳輸效率更高。

如需進(jìn)一步了解，請(qǐng)參閱《Nature Communications 》（2021 年）論文：《Mechanistic insight into the chemical treatments of monolayer transition metal disulfides for photoluminescence enhancement》。

對(duì) TMD 單層進(jìn)行 SHG、TRPL 和 TPE-TRPL 成像

過渡金屬二硫族化合物（TMDs）的二維單層具有有趣的電光特性，適用于各種應(yīng)用，例如用于可穿戴電子設(shè)備的柔性電極。

在此，通過單一顯微鏡——MicroTime 100 時(shí)間分辨共聚焦顯微鏡，采用幾種互補(bǔ)技術(shù)，即反射成像、二次諧波（SHG）成像、時(shí)間分辨光致發(fā)光（TRPL）成像以及雙光子激發(fā)（TPE）成像，對(duì)位于聚二甲基硅氧烷（PDMS）上的二維單層二硫化鉬（MoS₂）和二硒化鎢（WSe₂）進(jìn)行了成像。借助這些技術(shù)，能夠?qū)Σ牧系墓鈱W(xué)特性進(jìn)行局部表征，從而獲得全面的理解。

MicroTime 100 配備了 640 nm 脈沖激光器（LDH-P-C-640B）用于 TRPL 成像，配備 1064 nm 脈沖激光器（VisIR 1064）用于 SHG 成像以及雙光子激發(fā) TRPL 成像，此外還配有用于反射成像的相機(jī)。

感謝加州大學(xué)歐文分校的 Jin Myung Kim 提供樣品。

如果您在顯微鏡實(shí)驗(yàn)室工作，緊湊型正置熒光顯微鏡 MicroTime 100 通常是用于對(duì)單層、薄片或異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間和時(shí)間分辨研究的最全面工具。更多有關(guān)緊湊型正置熒光顯微鏡 MicroTime 100 的信息，請(qǐng)咨詢我們銷售團(tuán)隊(duì)。