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上海光机所在二维材料双光子吸收层数依赖特性研究方面取得进展

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)。

二维过渡金属硫化物因为面内具备十分强的量子限度效应,使得受激起的电子-空穴对的库仑互相作用很强,从而体现出共同的非线性光学特性,包括高次谐波产生、超快饱和排汇、光学限幅、多光子排汇等。但是,带隙大小随层数的调制和激子效应答资料非线性排汇的影响等成绩不断困扰着这些资料倒退,限度了它们在微/纳米光调制器、光开关和光束整形器件中的使用。

该项钻研中,科研人员经过机械剥离技术制备了单层、少层和多层MoS2纳米片,利用显微强度扫描(micro-I-scan)技术钻研了其双光子排汇特性。采纳平均加宽双光子排汇饱和模型进行拟合,发现从单层到少层(4层),双光子排汇系数迅速减小,而从少层到多层(25层),双光子排汇系数逐步增大。结合二维过渡金属硫化物中激子的非氢模型和半导体中的双光子排汇随带隙变动的法则,思考二维资料体系中的非局域节点屏蔽效应,推导出了2p激子暗态和导带的带边随层数逐步红移的变动法则:随着层数添加,准粒子带隙和激子暗态能级逐步减小,激子结合能也急剧降落,直到层数添加到25层,其准粒子带隙靠近于块体MoS2。双光子排汇系数从单层到2-4层的急剧降落可归因于2p激子暗态的共振排汇和失谐。另外,经过波长可调谐的光学参量放大安装,证实了导带中的子带共振景象,也进一步证明了双光子排汇与能带构造的关系。

相干工作失去中科院、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

(来源:科技中国网

 

 

 



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