光譜學在材料科學和二維材料特性研究中發揮著重要作用。拉曼光譜和二次諧波光譜揭示了材料的結構，需要使用科學光譜系統進行靈敏檢測。

2D 材料是一類可以以原子級薄的結晶層(低至單原子層厚度)生產的材料。石墨烯、過渡金屬二硫屬化物和其他二維材料已被證明具有獨特的物理特性，這使得它們對開發新型增強型電氣和光電器件具有吸引力。在過去的十年中，研究人員還開始構建二維材料的層狀結構(有時稱為范德華異質結構)，以構建用于研究新物理效應或實際應用的新設備。要考慮將其用于新的、有趣的應用，需要詳細了解各種材料。

維爾紐斯大學(立陶宛)和橡樹嶺國家實驗室(美國)的研究人員正在研究一類稱為硫代磷酸鹽的材料，其鐵電特性以及這些特性在二維范德華異質結構中的利用。與鐵磁材料類似，鐵電材料可以具有可隨電場改變的定向永久電極化。鐵電行為與溫度相關(溫度低于有序發生的轉變溫度)，對于硫代磷酸鹽，它也可以作為厚度的函數進行研究，其中材料可能更喜歡鐵電有序或反鐵電有序。

納米級鐵電域和反鐵電域也可以共存。研究人員有興趣準確了解硫代磷酸鹽在納米尺度上的特性，以“幫助確定這些材料在范德華異質結構中發揮作用的可能機制”。

該團隊使用壓電響應力顯微鏡(類似于原子力顯微鏡，但對電極化敏感)來表征硫代磷酸鹽，但觀察結果得到敏感拉曼光譜和二次諧波發生光譜作為溫度函數的支持。光譜一直是表征二維材料結構及其晶格中電子和原子相互作用的主要表征工具之一。拉曼光譜和二次諧波產生光譜都對材料的結構敏感。拉曼測量來自晶格振動模式的非彈性散射，而二次諧波的存在表明反演對稱性的破壞，這意味著鐵電材料的探測體積中存在某種形式的有序性。

對于拉曼光譜，研究人員使用 532 nm 激光進行激發，功率保持在 100 μW 的低功率。研究材料時，使用低激光功率通常很重要，以避免加熱樣品造成的影響或損壞的風險。然而，信號水平較低，需要對拉曼散射光進行靈敏檢測。對于 SHG，使用 800nm 和 80MHz 重復頻率下的 50fs 以及樣品上的 0.1W 能量進行激發。在這兩種情況下，適當的濾光片都會阻擋激發波長的散射光。

在這兩種情況下，均使用焦距為 300mm 的SpectraPro光譜儀和PIXIS 相機進行光譜檢測。研究人員利用該系統的能力來適應各種實驗條件。光譜儀轉塔裝有多個光柵，以優化任一測量的分辨率和光柵效率。科學CCD相機適合檢測高靈敏度的超低光信號和/或需要高動態范圍的信號，從而實現拉曼和SHG測量的條件。

審核編輯 黃宇