本报讯（记者黄辛）复旦大学教授晏湖根课题组采用改进的机械剥离法，制备出面积相对较大（400—10000平方微米）的少层黑磷，并对其进行红外光谱学表征，系统、深入地研究了2~15层（厚度1到8纳米）黑磷的能带结构随着层数变化的演化规律，并且成功实现能带的应力调控。近日，相关研究发表于《自然—通讯》。据悉，这项工作是国际上首次对少层黑磷的红外光谱表征。
理论计算表明，不论多少层黑磷，都是直接带隙半导体，而且随着层数变化，黑磷的带隙可以在很宽的范围内进行调节。当黑磷从体材料减薄至单层时，带隙覆盖了从可见光到中红外的光谱区域，正好填补了石墨烯（零带隙）和过渡金属硫化物（可见光/近红外带隙）之间的空白。
研究表明，红外光谱可以通过非破坏的测量方式，准确、方便地确定黑磷的层数和晶体方向。此外，该课题组通过施加单轴应力调控了黑磷的能带结构。以6层黑磷为例，1%的单轴应力可以使其带隙变化幅度达23%，这一结果预示着黑磷在应力传感领域有着广阔的应用前景。
同时，研究人员还观测到少层黑磷在理论上禁止的红外跃迁，这些跃迁虽然较弱，但仍然能够提供很多关于能带结构的重要信息，比如导带和价带的非对称性和载流子的属性等。
专家表示，这项研究成果为少层黑磷在红外探测器、调制器以及应力传感器方面的应用奠定了基础，揭示了黑磷在中、长波红外探测器产业领域的巨大潜力。
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