Anisotropic Charge Carrier and Coherent Acoustic Phonon Dynamics of Black Phosphorus Studied by Transient Absorption Microscopy,The Journal of Physical Chemistry C

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Anisotropic Charge Carrier and Coherent Acoustic Phonon Dynamics of Black Phosphorus Studied by Transient Absorption Microscopy
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2019-07-31 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b05785
Shengjie Meng ₁ , Hongyan Shi _{1,

2} , Hu Jiang ₁ , Xiudong Sun _{1,

2} , Bo Gao _{1,

2}

Affiliation

Due to its corrugated hexagonal lattice structure, black phosphorus (BP) has unique anisotropic physical properties, which provide an additional freedom for designing devices. Many-body interactions, including interactions with phonons, are crucial for heat dissipation and charge carrier mobility in devices. However, the rich properties of the coherent acoustic phonon, including anisotropy, propagation, and generation, were not fully interrogated. In this paper, polarization-resolved transient absorption microscopy was conducted on BP flakes to study the dynamics of photoexcited charge carriers and coherent acoustic phonons. Polarization-resolved transient absorption images and traces were recorded and showed anisotropic and thickness-dependent charge carrier decay dynamics. The damping of the coherent acoustic phonon oscillation was found to be anisotropic, which was attributed to the polarization-dependent absorption length of the probe pulse. From the analysis of initial oscillation amplitude and phase of coherent acoustic phonon oscillation, we proposed that the direct deformation potential mechanism dominated the generation of coherent acoustic phonons in our experiment. Besides, we obtained the sound velocity of the coherent acoustic phonon from the oscillation frequency and the “acoustic echo”, respectively, which agreed well with each other. These findings provide significant insight into the rich acoustic phonon properties of BP and promise important applications for BP in polarization-sensitive optical and optoelectronic devices.

中文翻译：

瞬态吸收显微镜研究黑色磷的各向异性电荷载体和相干声子动力学

黑磷（BP）由于具有波纹状的六边形格子结构，因此具有独特的各向异性物理特性，为设计设备提供了额外的自由度。多体相互作用（包括与声子的相互作用）对于器件的散热和电荷载流子迁移至关重要。但是，没有充分探究相干声子的丰富特性，包括各向异性，传播和产生。在本文中，对BP薄片进行了偏振分辨瞬态吸收显微镜研究，以研究光激发电荷载流子和相干声子的动力学。记录极化分辨的瞬态吸收图像和痕迹，并显示各向异性和厚度相关的电荷载流子衰减动力学。发现相干声子振荡的阻尼是各向异性的，这归因于探测脉冲的偏振相关吸收长度。通过对相干声子振荡的初始振荡幅度和相位的分析，我们提出在实验中直接形变势能机制主导了相干声子的产生。此外，我们分别从振荡频率和“声学回声”获得了相干声子的声速，这两者相互吻合。这些发现为BP丰富的声子特性提供了重要的见识，并有望将BP用于偏振敏感的光学和光电设备中。这归因于探测脉冲的偏振相关吸收长度。通过对相干声子振荡的初始振荡幅度和相位的分析，我们提出在实验中直接形变势能机制主导了相干声子的产生。此外，我们分别从振荡频率和“声学回声”获得了相干声子的声速，这两者相互吻合。这些发现为BP丰富的声子特性提供了重要的见识，并有望将BP用于偏振敏感的光学和光电设备中。这归因于探测脉冲的偏振相关吸收长度。通过对相干声子振荡的初始振荡幅度和相位的分析，我们提出在实验中直接形变势能机制主导了相干声子的产生。此外，我们分别从振荡频率和“声学回声”获得了相干声子的声速，这两者相互吻合。这些发现为BP丰富的声子特性提供了重要的见识，并有望将BP用于偏振敏感的光学和光电设备中。我们提出，在我们的实验中，直接形变势能机制主导了相干声子的产生。此外，我们分别从振荡频率和“声学回声”获得了相干声子的声速，这两者相互吻合。这些发现为BP丰富的声子特性提供了重要的见识，并有望将BP用于偏振敏感的光学和光电设备中。我们提出，在我们的实验中，直接形变势能机制主导了相干声子的产生。此外，我们分别从振荡频率和“声学回声”获得了相干声子的声速，这两者相互吻合。这些发现为BP丰富的声子特性提供了重要的见识，并有望将BP用于偏振敏感的光学和光电设备中。

更新日期：2019-08-01

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