717 / 2021-06-25 14:59:15

范德华异质结界面缺陷辅助的超快电子-声子耦合机理

固体超滑的实现（近零摩擦）可以有效抑制摩擦、磨损，对高端装备制造、国民经济发展具有重要意义。实现超滑的关键是明晰摩擦能量耗散途径，通过调控能量耗散途径从源头上抑制摩擦。从本质上讲，摩擦能量耗散主要与声子、电子的超快过程有关，但由于缺乏相关检测手段，关于摩擦能量耗散的机理目前还不清楚。本文采用广泛应用于固体超滑领域的二维材料范德华异质结作为材料体系，搭建了飞秒瞬态吸收成像系统，其同时具备~200fs的时间分辨率和~400nm的空间分辨率，利用其探测了WS₂/石墨烯异质结层间耦合作用。由于缺陷普遍存在超滑界面，往往会造成超滑失效，这里，我们在WS₂/石墨烯异质结界面引入不同浓度和不同类型的缺陷，发现缺陷对层间耦合作用具有显著影响。在引入缺陷前，范德华异质结的层间耦合途径主要是层间电荷转移；当引入缺陷后，出现了新的层间耦合途径，即层间电子-声子耦合。这是由于缺陷提供了反冲动量，打破层间耦合的动量守恒限制，使WS₂中的电子和石墨烯中声学声子耦合成为可能。这种耦合作用表现为拉曼光谱中缺陷相关的共振活性降低，WS₂中电子能量耗散速率加快。本文的研究为明晰摩擦能量耗散途径提供理论支撑，对揭示固体超滑机理、实现超滑主动设计具有重要意义。