研究目的
确定六方氮化硼中4.28 eV能带激发的碳氧杂质复合物的电子结构特征及可能的发射机制。
研究成果
研究证实,六方氮化硼(h-BN)中的碳和氧杂质会形成(CN-ON)复合体,该复合体负责产生零声子线能量为4.08电子伏特的紫外发光。电子-声子相互作用中,谷内散射涉及纵光学声子(174毫电子伏特),谷间散射则涉及横声学声子(60毫电子伏特)。该复合体在辐射复合过程中保持电中性,这些发现揭示了缺陷相关的光学特性,为光电子学和量子发射器应用提供了思路。
研究不足
该研究仅限于具有特定杂质水平和合成条件的h-BN微粉;结果可能不适用于其他形式的h-BN。实验装置和温度范围(83-296 K)限制了观察结果,所提出的机制基于光谱学的间接证据,而非直接的原子尺度成像。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用拉曼光谱和光致发光(PL)光谱技术,在83K和296K温度下研究含碳、氧杂质的六方氮化硼(h-BN)微粉中的电子-声子相互作用。所选方法用于分析振动模式和发光特性。
2:样品选择与数据来源:
使用在氮气不足条件下合成的六方氮化硼微粉,其碳杂质含量高(2.9±0.3原子百分比),氧杂质含量为(0.6±0.1原子百分比)。对样品的形貌、物相和化学成分进行了表征。
3:9±3原子百分比),氧杂质含量为(6±1原子百分比)。对样品的形貌、物相和化学成分进行了表征。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括珀金埃尔默LS55荧光光谱仪、Janis CCS-100/204N氦闭循环恒温器、HiCube 80 Eco涡轮分子泵组、LakeShore 335温控仪、配备氦氖激光器(632.8nm)的Horiba LabRAM HR800 Evolution光谱仪、奥林巴斯BX系列光学显微镜、衍射光栅(1800线/毫米)、带珀尔帖冷却的CCD探测器,以及配备LNP96控制器的Linkam THMS600低温腔室。
4:8nm)的Horiba LabRAM HR800 Evolution光谱仪、奥林巴斯BX系列光学显微镜、衍射光栅(1800线/毫米)、带珀尔帖冷却的CCD探测器,以及配备LNP96控制器的Linkam THMS600低温腔室。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:在4.28eV激发下,于295-550nm范围内记录83K和296K的PL发射光谱,光谱狭缝宽度为2.5nm。采用100ns门控时间分辨测量以分离短寿命发光。在相同温度下使用632.8nm激光(功率10mW)测量拉曼光谱。对光谱进行了仪器函数校正。
5:28eV激发下,于295-550nm范围内记录83K和296K的PL发射光谱,光谱狭缝宽度为5nm。采用100ns门控时间分辨测量以分离短寿命发光。在相同温度下使用8nm激光(功率10mW)测量拉曼光谱。对光谱进行了仪器函数校正。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:数据分析包括对PL光谱进行高斯拟合以提取峰位和声子能量,与理论模型对比,并计算黄-里斯参数。从温度效应和非谐相互作用角度分析拉曼峰位移。
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fluorescence spectrometer
LS55
Perkin Elmer
Used for measuring photoluminescence spectra.
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controller
LakeShore 335
LakeShore
Used for thermostating and temperature control.
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microscope
BX series
Olympus
Optical microscope for sample observation in Raman measurements.
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cryostat
CCS-100/204N
Janis
Helium closed-cycle cryostat for maintaining low temperatures during measurements.
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turbo pump station
HiCube 80 Eco
Used to maintain vacuum inside the cryostat.
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Raman spectrometer
LabRAM HR800 Evolution
Horiba
Used for measuring Raman spectra.
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laser
Helium-Neon
Light source for Raman spectroscopy.
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detector
CCD
Detector for capturing Raman signals, equipped with Peltier cooling.
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cryo-chamber
THMS600
Linkam
Cryo-chamber for temperature control in Raman measurements.
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controller
LNP96
Linkam
Controller for the cryo-chamber.
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