二維半導體制備及非線性光學特性研究獲突破

作者： 2015年12月31日 來源：上海光學精密機械研究所 瀏覽量：
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日前，我國在二維半導體材料制備、表征及非線性光學特性研究方面取得多項進展。該項目是由中國科學院上海光學精密機械研究所中科院強激光材料重點實驗室研究員王俊課題組研究，在納米片數(shù)密度的計算方法上進行了創(chuàng)新
    日前，我國在二維半導體材料制備、表征及非線性光學特性研究方面取得多項進展。該項目是由中國科學院上海光學精密機械研究所中科院強激光材料重點實驗室研究員王俊課題組研究，在納米片數(shù)密度的計算方法上進行了創(chuàng)新。
　　過渡金屬硫化物二維納米材料是繼石墨烯后又一類重要的二維半導體納米材料，特別是其可見到近紅外波段的可調(diào)諧帶隙特性在開發(fā)新型光電功能器件方面具有獨特優(yōu)勢。針對過渡金屬硫化物納米材料在器件化過程中存在的瓶頸之一：低成本、大尺寸二維材料的合成，研究小組（張曉艷等）利用原位生長溶劑熱技術(shù)設(shè)計合成了具有特殊形貌的二硫化鉬(MoS2)納米薄膜。該溶劑熱法突破傳統(tǒng)水熱合成技術(shù)僅能得到微米級層狀納米片的局限，采用“有機溶劑——水”體系，在多種基底如石英、硅片、光纖及曲面上原位生長了連續(xù)的、大尺寸、形貌可控的MoS2薄膜。研究表明，這種具有多級結(jié)構(gòu)的MoS2薄膜在近紅外區(qū)的三階非線性吸收系數(shù)遠高于真空抽濾再組沉積技術(shù)得到的MoS2薄膜的三階非線性吸收系數(shù)，這要歸結(jié)于其獨特的層級結(jié)構(gòu)。相關(guān)論文已被Nanoscale雜志[Nanoscale,8,431,(2016)]在線出版。
　　二維納米材料的結(jié)構(gòu)顯微分析對研究這類材料的物理性質(zhì)和器件化具有重要意義?；诖?，研究小組（李源鑫）等人提出了利用光學傳輸特征矩陣模擬二維層狀納米材料光學對比度的方法，研究其與襯底和入射光波長之間的依賴關(guān)系。利用該方法計算化學氣相沉積制備的不同層數(shù)MoS2在白光輻照下的對比度，理論模擬與實驗結(jié)果相當吻合。與傳統(tǒng)的菲涅爾理論相比，該方法更加快速簡捷、精確，可有效指導二維納米材料基底和輻照光源的選擇。相關(guān)論文已被Nanoscale雜志（DOI:10.1039/C5NR06287J）在線出版。
　　研究小組（董寧寧等）還系統(tǒng)研究了液懸態(tài)過渡金屬硫化物二維納米材料在納秒脈沖激光作用下的可見—近紅外寬帶光限幅效應(yīng)。研究表明，在近紅外波段硒化物比硫化物具有更優(yōu)異的光限幅特性。基于液態(tài)分散系統(tǒng)，創(chuàng)新提出了納米片數(shù)密度的計算方法，建立了激光能量與散射中心尺寸的關(guān)系，對于研究過渡金屬硫系化合物中Mie散射誘導的光限幅效應(yīng)非常重要。相關(guān)論文發(fā)表在Scientific Reports雜志（Scientific Reports,5,14646）。
　　課題組（張賽鋒等）與愛爾蘭都柏林圣三一大學合作，驗證了新型二維材料黑磷的寬帶超快非線性光學效應(yīng)，證實其比石墨烯具有更加優(yōu)異的飽和吸收特性，預測了層狀黑磷在開發(fā)鎖模和調(diào)Q器件上的應(yīng)用潛力。論文發(fā)表在Nature communications [Nature communications，6,8563，(2015)]，得到Nanyang Technological University,Wroclaw University of Technology等研究小組，以及Phys.org、MIT Technology Review等媒體的高度評價和引用，認為該工作是對黑磷飽和吸收效應(yīng)的首次報道。
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