上海光機所在二維材料雙光子吸收層數依賴特性研究方面取得進展

2019-09-05

近期,中国迷信院上海光学精细机械钻研所微纳光电子性能资料试验室钻研员王俊课题组在二硫化钼(MoS2)简并双光子排汇的层数依赖特性钻研方面获得停顿,为过渡金属硫化物的非线性光学性质钻研以及在光子学方面的使用提供了实践和试验指点。相干钻研效果宣布于Photonics Research 7, 762-770 (2019)。

二維過渡金屬硫化物因爲面內具備十分強的量子限度效應,使得受激起的電子-空穴對的庫侖互相作用很強,從而體現出共同的非線性光學特性,包括高次諧波産生、超快飽和排彙、光學限幅、多光子排彙等。但是,帶隙大小隨層數的調制和激子效應答資料非線性排彙的影響等成績不斷困擾著這些資料倒退,限度了它們在微/納米光調制器、光開關和光束整形器件中的使用。

該項鑽研中,科研人員經過機械剝離技術制備了單層、少層和多層MoS2納米片,利用顯微強度掃描(micro-I-scan)技術鑽研了其雙光子排彙特性。采納平均加寬雙光子排彙飽和模型進行擬合,發現從單層到少層(4層),雙光子排彙系數迅速減小,而從少層到多層(25層),雙光子排彙系數逐步增大。結合二維過渡金屬硫化物中激子的非氫模型和半導體中的雙光子排彙隨帶隙變動的法則,思考二維資料體系中的非局域節點屏蔽效應,推導出了2p激子暗態和導帶的帶邊隨層數逐步紅移的變動法則:隨著層數添加,准粒子帶隙和激子暗態能級逐步減小,激子結合能也急劇降落,直到層數添加到25層,其准粒子帶隙靠近于塊體MoS2。雙光子排彙系數從單層到2-4層的急劇降落可歸因于2p激子暗態的共振排彙和失諧。另外,經過波長可調諧的光學參量放大安裝,證實了導帶中的子帶共振景象,也進一步證明了雙光子排彙與能帶構造的關系。

相幹工作失去中科院、基金委和上海市科委名目的支持。

图1 不同层数MoS2的双光子排汇系数

图2 MoS2中准粒子带隙(Eg)和A激子的第一激起态(En=2)随层数的变动关系

(來源:科技中國網)

 

 

 



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