【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像，属于超快检测领域。
技术介绍
1、过渡金属氧化物被广泛应用于光电化学水分解反应中的光电极材料，其中光生空穴需要迁移至电极-电解质界面参与反应或迁移至外电路产生光电流光电流。因此，空穴的迁移率以及迁移距离直接决定了电极材料的性能。
2、传统的实验测量方法包括通过测量材料的电学参数来获得载流子的迁移率，这些方法包括使用霍尔效应法、渡越时间法等，然后通过对测得的电学参数进行拟合。但是，一方面，过渡金属氧化物具有复杂的电子轨道耦合以及强烈的载流子-声子相互作用，导致传统的测量载流子传输的方法因自旋相互作用而失效；另一方面，这些方法无法测得单一种类载流子，即电子或空穴的传输，只能得到由电子和空穴共同作用下的平均迁移率。此外，上述方法不具有时间分辨率，只能测量在长时间下的平均效应。
3、过渡金属氧化物中的空穴传输过程通常使用小极化子模型来描述。但是在形成小极化子前，由于光生空穴的过剩能量，空穴可以以较快的速率进行传输，传统理论模型无法对此过程进行模拟计算。并且由于材料缺陷、晶界等原因，传统理论模型模拟无法直接得到实际材料中空穴的迁移率、扩散距离等关键参数。因此，对过渡金属氧化物的空穴进行具有高时空分辨的输运测量并进行连续时空监测是领域内的关键问题。
4、瞬态吸收显微成像系统是一种超快光谱学与成像技术结合的方法，能够提供超快的时间分辨能力以及超越衍射极限的空间分辨精度，已经被广泛应用于测量如二维材料等材料体系的载流子传输测量。但是通常来说，瞬态吸收显微成像
技术实现思路
1、为了解决理论模型模拟以及传统实验手段无法直接测量过渡金属氧化物空穴迁移率的问题，本专利技术的目的是提供一种监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，基于超连续白光瞬态吸收系统以及瞬态吸收显微成像系统，结合过渡金属氧化物的瞬态吸收光谱信号响应，在超快时间尺度实现对于空穴特征波长的精确选取，从而利用瞬态吸收显微成像系统对空穴的传输过程进行直接成像与测量，进一步通过拟合得到空穴的迁移率以及扩散距离。所述超快时间尺度指时间尺度为小于等于皮秒量级。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术公开的一种监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，具体实现步骤如下：
4、步骤一、利用超连续白光瞬态吸收系统对过渡金属氧化物进行探测，获取不同波段下的瞬态吸收光谱。
5、步骤二、对步骤一中得到的瞬态吸收光谱进行信号归因分析。光谱信号分为正负信号，负信号主要由基态漂白效应即电子和空穴共同贡献，正信号主要由激发态吸收即电子和空穴分别贡献。根据过渡金属氧化物的电子轨道特征，在光谱中排除由电子贡献的正信号，得到由底层电子跃迁至光生空穴所产生的由空穴贡献的正信号，并由空穴正信号的信号峰值得到空穴的特征探测波长。
6、步骤三、使用瞬态吸收显微成像系统对过渡金属氧化物进行探测，其中探测波长选定为步骤二中所得的空穴特征波长，得到不同时间延迟下光生空穴的空间分布。
7、步骤四、对步骤四中得到的空穴空间分布进行二维高斯拟合，并绘制拟合得到的方差与延迟时间的关系图，使用二维扩散模型进行拟合得到空穴扩散系数。
8、步骤五、利用爱因斯坦关系对步骤五中得到的空穴扩散系数进行换算，得到空穴迁移率，结合空穴寿命得到空穴扩散距离。
9、进一步的，过渡金属氧化物包括氧化钴、氧化铁、氧化镍等，样品成分均一。
10、进一步的，超连续白光瞬态吸收系统所使用的泵浦光子能量需要大于材料带隙，且能够激发底层电子轨道的价电子，以产生光生空穴特征的瞬态光谱信号。
11、进一步的，空穴的特征瞬态光谱信号为底层电子轨道内电子跃迁到价带顶部的空穴所产生的光致吸收信号。
12、进一步的，使用瞬态吸收显微成像系统对过渡金属氧化物进行探测时，探测波长选定空穴的特征瞬态光谱信号内的波长。
13、进一步的，在瞬态吸收显微成像实验中得到的不同时间延迟下光生载流子的空间分布，使用二维高斯分布进行拟合，拟合公式为
14、其中t为延迟时间。(xt,yt)表示在特定时刻t的高斯分布的空间位置。而载流子密度函数n(x,y,t)则描述在不同坐标和时间点上的载流子分布情况。n为拟合系数，和分别描述了在x和y方向上高斯曲线的方差。使用方程对不同时刻下的载流子空间分布进行描述，其中d为载流子扩散系数，由给出。当t＝τ时，载流子扩散距离
15、进一步的，所述的监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，在优化基于过渡金属氧化物的元件性能中的应用。
16、进一步的，所述基于过渡金属氧化物的元件包括光电极及其催化剂和太阳能电池。
17、有益效果：
18、1、为解决传统理论模型和实验手段无法对过渡金属氧化物中空穴迁移率表征的问题，本专利技术公开的一种监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，通过探测波长的精确选取，能够在实验中单独量化由空穴所贡献的迁移率和扩散距离，而不受电子的影响，从而为分析材料的光电性质提供更准确的数据。本专利技术在探索和应用过渡金属氧化物及其他半导体材料中具有潜在的重要价值。
19、2、本专利技术公开的一种监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，通过对过渡金属氧化物中的空穴传输过程的高时空分辨率测量，有效地克服传统小极化子模型在处理光生空穴的过剩能量以及其快速传输过程时的局限性，能够在瞬态和动态条件下对空穴的传输特性进行更为精确的观测和分析，从而便于研究和开发具有高效载流子传输特性的材料。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，其特征在于，具体实现步骤如下，
2.如权利要求1所述的监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，其特征在于：过渡金属氧化物包括氧化钴、氧化铁、氧化镍等，样品成分均一。
3.如权利要求1所述的监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，其特征在于：超连续白光瞬态吸收系统所使用的泵浦光子能量需要大于材料带隙，且能够激发底层电子轨道的价电子，以产生光生空穴特征的瞬态光谱信号。
4.如权利要求1所述的监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，其特征在于：空穴的特征瞬态光谱信号为底层电子轨道内电子跃迁到价带顶部的空穴所产生的光致吸收信号。
5.如权利要求1所述的监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，其特征在于：使用瞬态吸收显微成像系统对过渡金属氧化物进行探测时，探测波长选定空穴的特征瞬态光谱信号内的波长。
6.如权利要求1所述的监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，其特征在于：在瞬态吸收显微成像实验中得到的不同时间延迟下光生载流子的空间分布使用二维高斯分布进行拟合
7.一种如权利要求1-6任一项所述的监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法在优化基于过渡金属氧化物的元件性能中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，所述基于过渡金属氧化物的元件包括光电极及其催化剂和太阳能电池。
...【技术特征摘要】
1.一种监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，其特征在于，具体实现步骤如下，
2.如权利要求1所述的监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，其特征在于：过渡金属氧化物包括氧化钴、氧化铁、氧化镍等，样品成分均一。
3.如权利要求1所述的监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，其特征在于：超连续白光瞬态吸收系统所使用的泵浦光子能量需要大于材料带隙，且能够激发底层电子轨道的价电子，以产生光生空穴特征的瞬态光谱信号。
4.如权利要求1所述的监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，其特征在于：空穴的特征瞬态光谱信号为底层电子轨道内电子跃迁到价带顶部的空穴所产生的光致吸收信号。
5.如权利要求1所述的监测过渡金属氧化物空穴传输并直接成像的方法，其特征在于：使用瞬态吸收显微成像系统对过渡金属氧化物进行探测时，探测波长...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜澜，朱彤，李可铭，王英杰，高国权，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。