黑磷，繼石墨烯和過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相互作用等優(yōu)點，吸引了廣大科研學者對其光學和光電等性質(zhì)的研究。

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

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

此外，我們還發(fā)現(xiàn)帶邊吸收卻與層數(shù)無關(guān)，幾乎是一個常數(shù)（圖3b），這個現(xiàn)象也與常見的二維材料不同。他們利用k·p方法和二維激子模型，對這個現(xiàn)象同樣給出了理論解釋：在二維材料中，帶邊吸收是由光學躍遷過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對子能帶參與光學躍遷，所以光電導都為~σ0；與之不同的是，對于石墨烯，有多少層就有多少對子能帶參與光學躍遷。

對黑磷而言，層數(shù)越少，反而越不透光！“這種‘以少勝多’的現(xiàn)象其實都是空間受限的量子效應在起作用”，該研究是通過測試機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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