一种圆偏振光电流区分二维Bi2O2Se表面极性的方法技术

本发明专利技术涉及一种圆偏振光电流区分二维Bi2O2Se表面极性的方法，该方法通过测试Bi2O2Se纳米片的圆偏振光电流随离子液体栅压的变化趋势，可简单区分二维Bi2O2Se表面极性；若圆偏振光电流随栅压增大而线性增大，说明Bi2O2Se的初始表面极性为Bi原子截止，其初始表面带正电；若圆偏振光电流幅值随栅压先减小至0，反号后继续反向增大，则说明Bi2O2Se的初始表面极性为Se原子截止，其初始表面带负电。该方法测量准确，简单易行，对样品表面没有破坏，广泛适用于表面具有极性且存在自旋轨道耦合的材料。合的材料。合的材料。

【技术实现步骤摘要】
一种圆偏振光电流区分二维Bi2O2Se表面极性的方法


[0001]本专利技术涉及自旋电子学领域，尤其涉及一种圆偏振光电流区分二维Bi2O2Se表面极性的方法。

技术介绍

[0002]Bi2O2Se作为一种高迁移率的层状二维材料，具有合适的带隙、特大的光响应率与超快的响应速度，在光电器件领域具有优异的发展潜力。并且，其表现出超高的水氧稳定性，在实际应用中具有很大优势。此外，通过低温磁输运测量，发现Bi2O2Se中存在强自旋轨道耦合效应，这一发现为Bi2O2Se在自旋电子学和自旋光电器件领域的研究打下基础。
[0003]Bi2O2Se是一种典型的层状氧化硫族化合物。其晶体结构由交替补偿的阳离子(Bi2O2)
n2n+
和阴离子(Se)
n2n
‑
交替堆积组成，以弱静电相互作用保持层状结构。在二维Bi2O2Se的生长过程中，其发展模式为逐层生长，使得最外层表面或为带正电的Bi层截止，或为带负电的Se层截止，这为Bi2O2Se表面引入不同的表面极性。相反的表面极性引起不同方向的表面能带弯曲，并在带隙之间引入了不同形式的Rashba型表面态，并且其Rashba自旋轨道耦合系数相反，使得两种表面截止类型的Bi2O2Se具有不同的表面电子能带结构，并且其产生的圆偏振光电流方向相反。由于在Bi2O2Se的表面生长过程中，截止类型是随机的，判断其表面截止类型成为一个难点，并对Bi2O2Se在自旋电子学的研究中带来了挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种圆偏振光电流区分二维Bi2O2Se表面极性的方法，该方法测量准确，简单易行，适用范围广。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种圆偏振光电流区分二维Bi2O2Se表面极性的方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1：通过化学气相沉积法在管式炉中的衬底上生长Bi2O2Se纳米片；
[0007]步骤S2：通过紫外光刻和热蒸发技术在纳米片上制作接触电极，并在距离纳米片设定距离的位置制作栅电极；
[0008]步骤S3：在衬底上设置环形支架，从而在纳米片表面形成凹槽，凹槽覆盖整个纳米片和部分栅电极，在凹槽中加入离子液体并盖上盖玻片进行封装，形成测试结构；离子液体同时覆盖整个纳米片表面并与栅电极接触，栅电极通过离子液体对纳米片表面施加栅压；
[0009]步骤S4：搭建实验光路：激光光源发出激光，依次通过斩波器、光学衰减片、起偏器和四分之一波片；偏振光经过透镜聚焦，照射在测试结构的纳米片上，形成光斑；通过微距摄像头对准光斑位置，使其完全覆盖纳米片；
[0010]步骤S5：将接触电极收集的光电流输入前置放大器，再由前置放大器输入锁相放大器，锁相放大器信号进入数据采集卡并由计算机采集；通过静电计施加栅极电压，静电计与前置放大器共地；
[0011]步骤S6：在室温下测试Bi2O2Se纳米片中光电流随四分之一波片转角的变化曲线，
并提取圆偏振光电流C值；
[0012]步骤S7：施加0～
‑
2V的栅极电压，栅压每增加设定值重复一次步骤S6，并记录所提取的C值，观察C的大小随栅压的变化趋势；若C值随栅压增大而线性增大，说明Bi2O2Se的初始表面极性为Bi原子截止，其初始表面带正电；若C值随栅压先减小至0，反号后继续反向增大，则说明Bi2O2Se的初始表面极性为Se原子截止，其初始表面带负电。
[0013]进一步地，所述步骤S1中，Bi2O2Se纳米片为中单晶结构，且厚度在5～50纳米之间。
[0014]进一步地，所述步骤S3中，所述环形支架为聚碳酸酯支架，所述聚碳酸酯支架与衬底之间通过环氧树脂进行密封，所述聚碳酸酯支架与盖玻片之间也通过环氧树脂进行封装，以实现整个测试结构的密封。
[0015]进一步地，所述步骤S4中，激光光源采用二极管泵浦固体激光器，其波长为1064nm。
[0016]进一步地，所述步骤S4中，激光功率为100mW，光斑的直径小于100μm，激光由x
‑
z平面入射，入射角为30
°
，在x方向测量光电流；起偏器的偏振方向与水平面呈45
°
，斩波器的频率设置为229Hz。
[0017]进一步地，所述步骤S5中，锁相放大器的参考频率为229Hz，与斩波器一致。
[0018]进一步地，所述步骤S6中，在室温下测得Bi2O2Se纳米片中光电流随四分之一波片转角的变化曲线，通过以下唯象公式提取圆偏振光电流；
[0019][0020]其中，表示圆偏振光电流HDPC诱导的分量；项和来源于线偏振光致电流效应和线偏振光子拖曳效应诱导的光电流分量；J0表示与偏振无关的光电流分量，由线偏振光伏效应、光子拖曳效应、热电效应、光伏效应和丹倍效应诱导产生；通过拟合，得到圆偏振光电流C。
[0021]进一步地，所述步骤S7中，用于施加栅压的为离子液体栅而非固体介电层。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：提供了一种圆偏振光电流区分二维Bi2O2Se表面极性的方法，该方法通过测试Bi2O2Se纳米片的圆偏振光电流随离子液体栅压的变化趋势，可简单区分二维Bi2O2Se表面极性，且对样品表面没有破坏。本专利技术测量结果准确，简单易行，成本低廉，广泛适用于表面具有极性且存在自旋轨道耦合的材料。
附图说明
[0023]图1是本专利技术实施例中Bi2O2Se纳米片生长的实验装置示意图。
[0024]图2是本专利技术实施例中测试结构的示意图。
[0025]图3是本专利技术实施例中圆偏振光路及测试系统的示意图。
[0026]图4是本专利技术实施例中光电流随四分之一波片转角变化曲线与拟合得出的偏振相关光电流分量。
[0027]图5是本专利技术实施例中圆偏振光电流幅值随离子液体栅压的变化曲线，插图分别为离子液体栅产生的表面带弯曲与表面电荷积累层极性的情况。
具体实施方式
[0028]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。
[0029]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0031]本实施例提供了一种圆偏振光电流区分二维Bi2O2Se表面极性的方法，包括以下步骤：
[0032]步骤S1：通过化学气相沉积法在管式炉中的衬底上生长Bi2O2Se纳米片。
[0033]其中，Bi2O2Se纳米片为单晶结构，且厚度在5～50纳米之间。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆偏振光电流区分二维Bi2O2Se表面极性的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：通过化学气相沉积法在管式炉中的衬底上生长Bi2O2Se纳米片；步骤S2：通过紫外光刻和热蒸发技术在纳米片上制作接触电极，并在距离纳米片设定距离的位置制作栅电极；步骤S3：在衬底上设置环形支架，从而在纳米片表面形成凹槽，凹槽覆盖整个纳米片和部分栅电极，在凹槽中加入离子液体并盖上盖玻片进行封装，形成测试结构；离子液体同时覆盖整个纳米片表面并与栅电极接触，栅电极通过离子液体对纳米片表面施加栅压；步骤S4：搭建实验光路：激光光源发出激光，依次通过斩波器、光学衰减片、起偏器和四分之一波片；偏振光经过透镜聚焦，照射在测试结构的纳米片上，形成光斑；通过微距摄像头对准光斑位置，使其完全覆盖纳米片；步骤S5：将接触电极收集的光电流输入前置放大器，再由前置放大器输入锁相放大器，锁相放大器信号进入数据采集卡并由计算机采集；通过静电计施加栅极电压，静电计与前置放大器共地；步骤S6：在室温下测试Bi2O2Se纳米片中光电流随四分之一波片转角的变化曲线，并提取圆偏振光电流C值；步骤S7：施加0～
‑
2V的栅极电压，栅压每增加设定值重复一次步骤S6，并记录所提取的C值，观察C的大小随栅压的变化趋势；若C值随栅压增大而线性增大，说明Bi2O2Se的初始表面极性为Bi原子截止，其初始表面带正电；若C值随栅压先减小至0，反号后继续反向增大，则说明Bi2O2Se的初始表面极性为Se原子截止，其初始表面带负电。2.根据权利要求1所述的一种圆偏振光电流区分二维Bi2O2Se表面极性的方法，其特征在于，所述步骤S1中，Bi2O2Se纳米片为单晶结构，且厚度在5～50纳米之间。3.根据权利要求1所述的一种圆偏振光电流区分...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞金玲，武文逸，程树英，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：