黑磷，繼石墨烯和過(guò)渡金屬硫化物之后又一種二維材料，由于其可調(diào)的帶隙、高遷移率和與光的強(qiáng)相互作用等優(yōu)點(diǎn)，吸引了廣大科研學(xué)者對(duì)其光學(xué)和光電等性質(zhì)的研究。

二維材料的光吸收是以二維光電導(dǎo)來(lái)描述的。在通常的二維材料中，激子吸收隨著層數(shù)的增加而增強(qiáng).以石墨烯為例，單層石墨烯的光電導(dǎo)在可見(jiàn)光和近紅外波段是同一個(gè)常數(shù)，即σ0= e2/4?， N層石墨烯的光電導(dǎo)為Nσ0，與層數(shù)成正比。

對(duì)于少層黑磷納米片，激子吸收隨著層數(shù)的減小而增強(qiáng)（圖3a）。這是由于層數(shù)越少，介電屏蔽越弱，量子束縛效應(yīng)越強(qiáng)，因此激子結(jié)合能（電子和空穴的“吸引力”）越大，導(dǎo)致吸收越強(qiáng)。

此外，我們還發(fā)現(xiàn)帶邊吸收卻與層數(shù)無(wú)關(guān)，幾乎是一個(gè)常數(shù)（圖3b），這個(gè)現(xiàn)象也與常見(jiàn)的二維材料不同。他們利用k·p方法和二維激子模型，對(duì)這個(gè)現(xiàn)象同樣給出了理論解釋：在二維材料中，帶邊吸收是由光學(xué)躍遷過(guò)程中參與的子能帶數(shù)量決定的。

在黑磷中，不管多少層，只有1對(duì)子能帶參與光學(xué)躍遷，所以光電導(dǎo)都為~σ0；與之不同的是，對(duì)于石墨烯，有多少層就有多少對(duì)子能帶參與光學(xué)躍遷。

對(duì)黑磷而言，層數(shù)越少，反而越不透光！“這種‘以少勝多’的現(xiàn)象其實(shí)都是空間受限的量子效應(yīng)在起作用”，該研究是通過(guò)測(cè)試機(jī)械剝離法制備的一系列層數(shù)的黑磷樣品的傅里葉變換紅外光譜（FTIR，圖1，圖2）實(shí)現(xiàn)的。

圖1 黑磷的晶體結(jié)構(gòu)和紅外光譜表征示意圖

圖2 不同層數(shù)黑磷納米片的紅外光譜（室溫）

圖3（a）激子吸收與層數(shù)的關(guān)系；（b）帶邊吸收與層數(shù)的關(guān)系；（c）二維激子示意圖

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黑磷納米片負(fù)載殼聚糖水凝膠

黑磷負(fù)載氮化鎢納米片光催化劑

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二硫化鉬納米片負(fù)載黑磷納米片

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