[发明专利]一种二维材料正入射菲涅尔光学表征方法

说明书

本发明提供的二维材料正入射菲涅尔光学表征方法，采用传统的光学薄膜基本理论‑传导矩阵方法，引入光学导纳概念，推导无支撑和有基底二维材料在正入射条件下吸收、反射率、透过率的简单计算公式，推导过程简单，有利于二维材料在光电领域的应用。

技术领域

本发明涉及光学薄膜和二维材料领域，特别涉及一种二维材料正入射菲涅尔光学表征方法。

背景技术

2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆(Andre Geim)和康斯坦丁·诺沃消洛夫(Konstantin Novoselov)成功制备出单层石墨烯(厚度0.335nm)，开启了二维材料研究的新纪元。自此以后，石墨烯的光学、电学、磁学性质都得到了广泛的研究。在石墨烯的光学性质研究中，人们使用了两种模型。一个是薄膜模型，即认为石墨烯是一种薄膜，即使它的厚度只有一个原子层那么薄，这一模型主要被用作研究石墨烯等二维材料的光学常数；另一个是界面模型，即把石墨烯当做厚度无限小的界面或边界，这一模型被广泛用来计算石墨烯等二维材料的吸收、反射率、透过率等。石墨烯最著名、最奇特的光学性质，是它在可见光波段的吸收是一个常数(A＝πa＝2.3％，a是精细结构常数)。这一结果就是基于界面模型推导出来的，并已被实验验证(在450-750nm波段的吸收理论值与实验符合的很好，在400-450nm偏差较大)。

随后，人们又制备出锗烯、硅烯、二硫化钼、氮化硼等二维材料。由于二维材料的厚度只有几个埃，通常情况下，制备出的二维材料要被转移到基底上。Stauber和Fang等人在界面模型的基础上，用不同方法推导出了有基底二维材料在正入射条件下吸收的计算方法：4πa/(1+ns)2，其中，ns是基底的折射率。但是二维材料本质上是厚度只有几个埃的薄膜，如果使用界面模型计算它的光学性质，传统的光学薄膜理论和商用的光学薄膜软件就失去了效用。

发明内容

为了解决上述存在问题之一，本发明实施例提供了一种二维材料正入射菲涅尔光学表征方法，采用传统的光学薄膜基本理论-传导矩阵方法，引入光学导纳概念，推导过程简单，有利于二维材料在光电领域的应用。

本发明提供的一种二维材料正入射菲涅尔光学表征方法，所述方法包括：

获取二维材料的位相厚度δ、二维材料光学导纳y、归一化的电场强度B和磁场强度C；

利用位相厚度δ、二维材料光学导纳y、归一化的电场强度B和磁场强度C之间的对应关系确定二维材料的吸收。

可选地，所述获取二维材料的位相厚度δ、二维材料光学导纳y、归一化的电场强度B和磁场强度C，包括：

利用第二关系确定归一化的电场强度B和磁场强度C，所述第二关系为：

利用第三关系确定位相厚度δ，所述第三关系为：

δ＝2πNd/λ；

利用第四关系确定光学导纳和折射率关系，所述第四关系为：

y＝H/E＝NY；

利用所述位相厚度δ对所述第二关系进行近似处理得到第五关系，所述第五关系为：

所述利用位相厚度δ、二维材料光学导纳y、基底光学导纳y_s、归一化的电场强度B和磁场强度C之间的对应关系确定二维材料的吸收，包括：

利用所述电场强度B、磁场强度C、所述位相厚度δ、所述自由空间光学导纳y₀以及第一关系确定用于表征二维材料吸收A的第六关系，所述第一关系为：

所述第六关系为：