一维二维半导体纳米结构的二次谐波和双光子吸收特性研究
D05.功能分子材料与器件
单元 D05-3：7 月 14 日上午 主持人：于贵 地点：会展酒店-鼓浪厅 09:00-09:15 D05-33 超分子受体光伏材料 薄志山 北京师范大学 09:15-09:30 D05-34 面向光学可擦写显示技术的结构色程序化调控 俞燕蕾 复旦大学 09:30-09:38 D05-35 二维层状半导体器件的基本科学问题研究 胡平安 哈尔滨工业大学 09:38-09:46 D05-36 Electron-Vibration Interaction in Molecular Electronic Devices 于曦 天津大学 09:46-10:01 D05-37 单晶复合有机光电功能材料 李寒莹 浙江大学 10:01-10:16 D05-38 二维共轭聚合物材料的多层级调控 张帆 上海交通大学
主持人：刘云圻 16:00-16:15 D05-11 二维杂化钙钛矿薄膜的形貌调控及其光伏器件 陈红征 浙江大学 16:15-16:23 D05-12 一种窄带隙强吸收聚合物受体 张志国 中国科学院化学研究所
16:46-17:01 D05-26 类皮肤柔性光电集成器件及其健康医疗应用 冯雪 清华大学 17:01-17:09 D05-27 绝缘层表面能对有机场效应晶体管载流子传输的直接影响 汤庆鑫 东北师范大学 17:09-17:24 D05-28 低电压/低功耗柔性离子敏感有机场效应晶体管 郭小军 上海交通大学 17:24-17:32 D05-29 高效钙钛矿发光 王建浦 南京工业大学 17:32-17:47 D05-30 有机太阳能电池中的微相结构调控与大面积柔性器件 魏志祥 国家纳米科学中心 17:47-17:55 D05-31 具备不同固定基团 OPE-TTF 十字形分子及其单分子器件 魏钟鸣 中国科学院半导体研究所 17:55-18:03 D05-32 有机场效应晶体管的性能调控方法与传感应用 黄佳 同济大学 18:03-20:30 晚宴
金属调制分子束外延生长氮化铝薄膜
开、关闭时间,可以获得形貌较好的 AlN 薄膜。 通过调整优化获得的 MME 方案为:首先 Al 源快门打开 30 s,然后 Al
源和 N 源快门打开 60 s,最后单独打开 N 源快门 72 s;单一周期内,Al 源快门打开时间与 N 源快门打开时间比例为
0. 7。 以上述方案为一个周期进行循环生长 40 个周期,可获得粗糙度低至 0. 3 nm(2 μm × 2 μm) ,几乎无凹坑的 AlN
MOCVD) 法、反应磁控溅射法等 [4] 。 其中,MBE 系统的超高真空环境可以有效避免 MOCVD 反应器中严重
的寄生反应和镁受体的氢钝化效应;其另一个优点是可以精确控制快速快门的打开和关闭,从而实现复杂的
结构和尖锐的异质界面 [5-6] ,可用来外延生长超晶格、多重量子阱、p 型高铝组分 AlGaN 等。 在外延 AlN 的过
Abstract:In this paper, conventional continuous epitaxial growth and metal modulated epitaxial ( MME) growth of AlN were
investigated with the plasma-assisted molecular beam epitaxy ( PA-MBE) system. It is difficult to control the growth mode of
1 实 验
本文实验使用 RIBER Compact 21 等离子体辅助分子束外延( plasma-assisted molecular beam epitaxy, PA-
MBE) 系统,此系统配备了几种Ⅲ族金属( Al、Ga 和 In) 的蒸发源和氮等离子体源。 所有样品都生长在由
物理学科简介
物理学是一级学科，是研究物质及 其相互作用和基本规律的科学，是 自然科学各学科的重要基础。
一级学科下属8个二级学科
070201 理论物理 070202 粒子物理与原子核物理 070203 原子与分子物理 070204 等离子体物理 070205 凝聚态物理 070206 声学 070207 光学 070208 无线电学
无线电
无线电是通过无线电波传播信号的技术。无线 电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变会 产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将 信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传 播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在 导体中产生电流。通过解调将信息从电流变化 中提取出来，就达到了信息传递的目的。 （9KHz~300GHz，10KHz~300GHz）
宁夏大学、陕西师范大学、首都师范大学、 哈尔滨理工大学、宁波大学、南京师范大学、四川 师范大学、西南科技大学、广州大学、西南大学、 内蒙古科技大学、华南理工大学、扬州大学、 曲阜师范大学、云南大学、哈尔滨师范大学、 西北师范大学、东北大学、湖北大学、 西南交通大学、长春理工大学、吉首大学、 中国矿业大学、上海理工大学、长沙理工大学、 北京交通大学、南京理工大学、三峡大学、 青岛大学、天津理工大学、内蒙古大学、 福建师范大学、吉林师范大学、河海大学
现设有物理学一级学科博士、硕士研究生培养点；凝 聚态物理、理论物理、光学、等离子体物理4个二级学 科博士研究生培养点；凝聚态物理、理论物理、光学、 等离子体物理、无线电物理5个二级学科硕士研究生培 养点；材料工程、光学工程、集成电路工程3个专业学 位硕士研究生培养点。并设有物理学一级学科博士后 流动站。
报考需要注意事项
1、根据自己的实际情况来选择学校和方 向。 2、抓紧时间备考。 3、公共科目：英语 政治 方向科目：量子力学 普物 （高数 数理 方法 光学等 ）
大学生创新创业训练计划项目结题报告
一种集成式自供电纳米化学传感器的设计和制作项目成员：何旺球（1426410514）王鹏云1426410408 陶俊贤1326410232 黄家仪1326410116指导教师：祝元坤摘要：本项目以石墨烯作为基本功能单元，设计并制备一种新型的集成式化学分子驱动自供电传感器件；超薄二维纳米材料（石墨烯）作为基本功能单元制备新一代的自供电传感器件，使器件能感受到环境中化学分子状态的改变而输出电信号。
石墨烯部分被聚合物薄膜所覆盖且另一部分暴露，当器件接触极性分子时，可以产生明显的电信号。
因此，本项目的研究具有一定应用前景和重要学术价值。
该类自供电传感器件可能应用于生产微型纳米传感器，具有自主创新知识产权。
1引言近年来，随着纳米材料及纳米科学技术研究的不断深入，各种微纳电子器件不断被研究开发，并在军事、生物医学、环境监测等领域展现出十分诱人的应用前景[1]。
微纳电子器件不仅尺寸小，而且具有功耗低、速度快、易于大规模集成、可移动等特点，但微纳电子器件需要有微尺度电源系统来供给电能，来维持正常工作。
随着电子产品小型化，亟待开发即能为之提供能量并且小、轻、具有柔性的自供电传感器件。
如果微电源器件能够持续收集环境中的能量并转换为电能，将会永久性解决电池耗尽的问题。
因此，开发具有能量转换功能的微电源，并与传感器等器件集成构建自供电系统，是非常迫切的。
可穿戴、物联网、智慧城市等新兴产业的发展将推动微纳电子器件市场的迅速发展，牵引微电源产品的技术变革和不断创新。
微纳自供电器件是当今的研究热点，目前的研究集中在以下几点：1）不断提高能量转换效率。
如何在减小尺寸的同时保持高的能量转换效率，需要新材料和新工艺。
2）具有柔韧性。
未来可穿戴、可移植等器件的发展需要柔性的器件与之配套。
3）易于集成。
为满足自供电、自供能驱动等系统的需求，微电源器件应易于和传感器等进行集成。
4）可从环境中持续捕获能量。
微电源器件不仅要有能量存储功能，还要能持续将环境中的能量转换为电能。
基于二维层状半导体材料的光电极特性及其研究进展
西北大学学报（自然科学版）2020年6月，第50卷第3期,Jun.,2020,Vol.50,No.3Journal of Northwest University（Natural Science Edition）-新型半导体材料的光电特性及应用•基于二维层状半导体材料的光电极特性及其研究进展徐新龙@,马菁瑶打卢春辉@，杨丹1，罗铭威1,赵奇一2（1.西北大学光子学与光子技术研究所/陕西省石墨烯联合实验室，陕西西安710069；2.西安邮电大学理学院，陕西西安710121）摘要:自石墨烯被发现以来，具有带隙的二维层状半导体材料得到了广泛关注，它们可以覆盖太阳光谱中从红外到紫外的各个波段范围，为充分利用太阳能奠定了基础。
光电极作为光电化学池的重要组成部分，能够直接将太阳能转化成化学能，可以实现光催化制氢，是目前光电研究的前沿方向。
二维层状材料由于具有比表面积大、容易担载、缺陷的化学活性强等优点，成为目前光电极研究的首选材料,在高效利用太阳能方面具有潜在的应用价值。
从光电极的基本光物理和光化学过程出发，文中介绍了基于二维材料光电极的制备、光电特性及其最新研究进展,并对其未来的发展趋势进行了思考和展望。
关键词：二维材料;光电化学池；光阳极;光阴极;光物理过程；光化学过程中图分类号：0646DOI：10.16152/kt.xdxbzr.2020-03-006开放科学（资源服务）标识码（OSID）:Characteristics of photoelectrode based on two-d imensionallayered semiconductor material and its researct progrestXU Xinlong1,MA Jingyao1,LU Chunhui1,YANG Dan1,LUO Mingwet1,ZHAO Qiyi2（1.Shaanxi Joini Lab of Graphene,Institute of Photonict&Photon-Technology,Northwest University,Xi'an710069,China；2.Colleee of Science,Xi'an University of Posts&Telecommunications,Xi'an710121,China）Abstract:Since the discoeiy of graphene,two-dimensional layered semiconductor materials with the bandgaps have received wide attention,they cn ccver all bands of We solar spectrumfrom infrared to ultraviolet, ^fording the foundation for making full use of the solar eneraa-As an important part of the photoelecWochemi-ccl cdl,the photoelectrode ccn diactly ccnvert solar eneraa mto chemiccl eneraa and ccn realize photocatalyt-ic hydagn production,which is the frontier of the photoelectwc resecrch.Due to the adventages of larae spe-ciOc surfacc n,esy loading,and strong chemical activity of defects,two-dimensional layered materiaas become the mosS ioporint materiaas for photoelectrodes,which have potentiaa applications in nicieni utilization of solae eneray.Based on basic photophysical and processes of tOe photoelectrodes,the preparation,photoelectWc characteristict,and the resecrch proaress of photoelectrodes based on two-dimensional material are introduced.The future development trend of photoelectrodes based on two-dimensmnal materials is considered and prospected.Key wordt:two-dimensmnal material;photoelectrochemical cell;photoanode;photocathode;photophysictl收稿日期：2020T2T2基金项目：国家自然科学基金资助项目（117742CC）；陕西省自然科学基金资助项目（2019TC25）作者简介:徐新龙，男,江苏南通人,西北大学教授，博士生导师，从事二维材料及超材料光电特性研究％第3期徐新龙等:基于二维层状半导体材料的光电极特性及其研究进展・361・process;photochemical process二维层状材料，面内以共价键结合，而面间则以范德瓦尔斯力作用相结合，是一个见证奇迹的材料％1986年高温超导体的发现［1］，其导电层为二维铜氧面,打破了陶瓷不导电的束缚。
二维非线性光学材料
二维非线性光学材料项目简介光学信息处理是解决当前大数据处理系统在带宽、能耗、速度等瓶颈问题上的主要技术手段。
纳米尺度非线性光学材料是全光集成系统中高性能单元器件（光开关、光调制器、探测器等）的核心。
具有优异非线性光学特性，特别是非线性吸收和折射率的二维纳米半导体材料在物性、集成度、兼容性上独具优势，是构筑未来高性能全光信息系统的关键之一。
作为国际上最早开展二维材料非线性光学工作的研究者之一，在中组部、国家基金委、中科院、上海市科委等项目的资助下，我们团队在国际上率先揭示了石墨烯、过渡金属硫化物和黑磷等重要二维材料的超快非线性光学特性，验证了高性能二维半导体在强激光防护光限幅器和超短脉冲激光锁模器上的重要应用，取得如下主要成果：成果一：二维半导体非线性光学效应及物理在国际上首先揭示了过渡金属硫化物、石墨烯、黑磷等重要二维半导体的非线性光学特性；证实了钼硫族二维材料的宽带非线性吸收和折射率，以及禁带调控色散效应；实现了二维半导体的非线性特性调控工程；从单层MoS2中观测到暗态激子共振巨双光子吸收效应；观测到二维半导体中的自相位调制效应、非线性折射率色散、二维材料光学特征矩阵、光致透明效应、快/慢饱和吸收效应、全光开关调控和光限幅特性、双光子吸收饱和效应等；这些原创成果为理解二维半导体非线性光学物理机理，开发高性能非线性光学器件及全光计算等集成系统应用奠定了良好的实验和理论基础。
成果二：二维半导体非线性光学材料及应用基于石墨烯、MoS2及其改性衍生材料等优异的非线性特性，实现了超短激光脉冲锁模器和强激光防护光限幅器等重要应用；合成出酞菁修饰的石墨烯宽带强激光防护光限幅材料；合成出MoS2、MoSe2、WS2、WSe2等过渡金属硫化物宽波段强激光防护光限幅材料；在批量制备大尺寸、高性能二维半导体非线性光学材料和二维半导体强激光防护光限幅复合材料等方面进行了大量原创性基础研究工作。
特别是以非线性激光防护物理研究，结合高性能激光防护材料研制为基础，正在为中电53所、中航工业613所等单位的激光应用系统研制强激光防护装置，用于对某型号机载光电系统和激光雷达探测器进行防护，在宽波段、多时间尺度上对抗外部强激光的干扰和致盲，具有防护阈值低、消光比高、稳定性强等特点。
二维纳米材料黑磷的光电特性研究进展
范德 华 力作用 【７】。黑磷 独特 的褶皱结 构，使它 展现 出 性 ，在生物 医学领 域具 有其他 无机 纳米材 料不 具备 的
有别 于 其他 二维材 料 的优 异性 质和应 用 。首先 ，与 石 天 然 优 势 。 本 文 主 要 介 绍 了 黑 磷 的 几 种 制 备 方 法 ， 并
第 ３８卷 第 ４期 ２０１８年 ０８月
物 理 学 进 展
ＰＲＯＧ ＲＥＳＳ ＩＮ ＰＨＹＳＩＣＳ
Ｖｏ１．３８ Ｎ Ｏ．４ Ａ ｕｇ． ２０１８
二维 纳 米 材 料 黑磷 的光 电特 性研 究进 展
尤 凯熹，范涛健 ，葛颜绮 ，张 晗
深 圳大学黑磷 光电Ｉ程实验 室，光电协同刨新中心，光 电Ｉ程学院
关键 词：二维材料；黑磷制备；光电特性；光电应用
中图分类号 ： ０７９９ 文献标 识码 ： Ａ
ＤＯＩ：１０．１３７２５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｐｉｐ．２０１８．０４．００２
３
Ｍ ４ ４ ５ ５ ６
６ ６ ７ ７
＂ ＂ ＂ ＂ ＂ ＂ ８ ８ ８ Ｏ ０ Ｏ ｌ ｌ
文章编号：１０００—０５４２（２０１８）０４—０１６３—１２
１６３
１６４
（ａ）
尤凯熹等：二维纳 米材料 黑磷的光电特 性研究进展
（ｃ）
团
（ｂ）
Ｃ
ｂ
ｂ
ａ
Ｃ
图 １．（ａ）和 （ｂ）在 ａｃ和 平面 ｔ的 单层 ＢＰ 的投影 。上 部和下部原子 分别 以浅色和深色 呈现 。（Ｃ）品胞 的示意图 ． ￣＿１ ／－Ｊ 卡啊 邻层之间的 １ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ２单位的偏移 ［７１
分 稳 定 。层 内 具 有 较 强 的 共 价 键 ， 并 还 留 有 个 的 电 胞 中 ， 一 个 成 人 体 内就 含 有 ６００￣９００ ｇ 的磷 ， Ｉ 人 体
第一性原理研究MoS2／WS2异质结构的界面电子性质
通 过掺 杂或 者半 导体 复合 还可 以大幅提 高 它们 的光 催 化性能 ， 比如， 将 ０ ． ２ （ 质 量分 数） 的 Ｍｏ Ｓ 负 载 到
Ｃ ｄ Ｓ形 成 异质 结 ， 使 得 光 催 化 性 能 显 著 提 高 ； 在 单
构 由间接带 隙变 为直 接 带 隙 ， 从 而 使 其 电学 性 质 和 光
Ｍｏ Ｓ 。 与还 原氧化 石 墨烯 形 成 异 质 结 构 通 过 增强 电荷 分离 效应 、 从 而 大 幅提 高 相 应 的光催 化 分 解 水 析 氢 性
能口 。其 中构 建 异 质 结 构 由于 集 成 了 ２种 组 分 的优
为 了更好 地 理 解 和研 究 Ｍｏ Ｓ ｚ与 Ｗ Ｓ ｚ的界 面 微
观结构 及相 关性 质 ， 本 文首 先 计算 了 Ｍｏ Ｓ ｚ 、 ＷＳ ｚ 体 相 和单层 的电子结 构 （ 包括 能带 结构 和态 密度 ） 作 为 后续 研究 的参 照 ， 计算结果如图 １ 所 示 。在 体 相 的 ２ Ｈ 结
２ 结 果 与 讨 论
２ ． １ 体 相 及 单 层 电 子 结 构
成 不 同类 型 的异 质 结 构 ， 获 得 更 多新 奇 的物 理 现 象 和
器 件 功能 １ ７ － ２ ０ ］ 。具有 相 同 晶体结 构 的二维 过 渡 金属 硫
化 物 既可 以在 单 层 平 面 内无 缝 地 形 成 横 向异 质 结 构 ，
构中， ２ Ｈ— Ｍｏ Ｓ 的价带 顶 和导 带 底 由 Ｍｏ ４ ｄ和 Ｓ ３ ｐ杂 化而 成 ； 对应 地， ２ Ｈ— ＷＳ 的价 带 顶 和 导 带 底 则 是 由
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一维/二维半导体纳米结构的二次谐波和双光子吸收特性研究作为近代光学的一大分支,非线性光学对于研究光与物质相互作用、开发具有重要应用价值的科学技术奠定了基础。
近年来,随着纳米材料和纳米技术的发展,半导体纳米材料的非线性光学特性成为一个新兴的研究领域,它对于人们深入理解微纳尺度下光与物质的相互作用、实现光场调控以及开发功能性纳米光学器件具有重要意义。
二次谐波和双光子吸收是两种最基本、最常见的非线性光学效应,它们的产生过程相对比较简单,效率也相对较高,因而最有可能在纳米体系中实现一些功能性的应用。
本文主要针对几种一维和二维半导体纳米结构中的二次谐波和双光子吸收特性进行了以下几个方面的研究:(1)研究了单根碲化锌纳米线中的表面二次谐波特性。
与非中心对称介质中的体二次谐波不同,表面二次谐波主要起源于介质表面结构的中心反演对称破缺,在介质的表面原子层产生。
我们首次在实验中观测到碲化锌纳米线中横向发射的表面二次谐波,通过角分辨、偏振测量等测试手段,我们对表面二次谐波的方向性、产生效率以及各向异性进行了系统测试和表征。
研究结果表明,这种垂直于纳米线长轴横向发射的表面二次谐波具有很小的发散角(4°)和很高的二次谐波转换效率(~10-6),并且它的偏振依赖关系与碲化锌纳米线的晶格结构密切相关(各向异性)。
该研究成果表明纳米线二次谐波在高性能的微纳相干光源以及纳米结构的非线性光学探测等方面具有广泛的应用前景。
(2)研究了 c轴氧化锌纳米柱阵列谐振增强的二次谐波特性。
通过理论分析和实验验证,我们发现c轴氧化锌纳米柱阵列的二次谐波主要来源于;χxzx分量。
在此基础上,我们研究了谐振激发情况下氧化锌纳米柱阵列
的二阶非线性效应,测量了谐振情况下的χxzx分量约为20.2 pm/V,这一数值远远大于常用的非线性光学晶体如BBO和KDP等的二阶非线性极化率,说明谐振情况下的c轴氧化锌纳米柱阵列具有较强的二阶非线性效应。
进一步,通过时域有限差分(FDTD)模拟计算,我们发现氧化锌纳米柱阵列中的局域场效应对于增强其二阶非线性效应也有一定的贡献,这一效应使得二次谐波强度提升了近4倍。
这一研究成果为进一步提高纳米结构中的二次谐波产生效率提供了新的方法,对于制备高效率的纳米相干光源奠定了实验基础。
(3)研究了二维钙钛矿(C6H5C2H4NH3)2PbI4((PEA)2PbI4)片状纳米晶的双光子吸收特性。
二维钙钛矿晶体是由有机分子和无机分子相互交叠而形成的层状结构,这种周期性结构形成与多量子阱类似的电子结构,从而导致二维钙钛矿具有一些不同寻常的非线性光学特性。
基于静态强度相关测试方法,我们测得(PEA)2PbI4片状纳米晶在800 nm的双光子吸收系数约为211.5 cm/MW,这一结果比三维钙钛矿薄膜和其它常见半导体纳米晶的双光子吸收系数至少要高一个量级。
我们认为,(PEA)2PbI4片状纳米晶之所以有如此高的双光子吸收,主要与二维钙钛矿类量子阱结构的量子和介电限制有关。
此外,(PEA)2PbI4片状纳米晶的双光子吸收受到晶体厚度的调控,而且它在飞秒激光激发下的稳定性也要优于二维和三维钙钛矿薄膜。
该研究结果说明二维钙钛矿纳米晶具有优良的非线性吸收特性,为其在非线性微纳光学器件中的应用提供了支撑。