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(dǎo)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。然而，該類半導(dǎo)體帶隙的層數(shù)依賴特性對其非線性光學(xué)響應(yīng)的影響規(guī)律及物理機理目前尚不清楚，大大限制了該類材料在開發(fā)高性能超快光調(diào)制器等全光器件上的潛力。上海光機所中科院強激光材料重點實驗室王俊研究員課題組在國際學(xué)術(shù)期刊ACS Nano、Laser & Photonics Reviews和Nanoscale上發(fā)表原創(chuàng)論文，系統(tǒng)揭示了MoS2等過渡金屬硫化物二維半導(dǎo)體的光學(xué)非線性吸收特性及其物理機制，提出并驗證了該類材料非線性功能切變和調(diào)控策略，并在大面積MoS2光子功能材料制備上取得進展。
研究小組李源鑫等人精確測量確認了二維2H-MoS2單層晶疇（~0.7nm）在近紅外波段體現(xiàn)優(yōu)異的雙光子吸收特性，證實了單層MoS2的巨雙光子吸收系數(shù)~7.6x103 cm/GW，高出常規(guī)半導(dǎo)體3-4個數(shù)量級，并從單層中觀測到雙光子激發(fā)頻率上轉(zhuǎn)換發(fā)光，通過層數(shù)調(diào)控非線性響應(yīng)，揭示了MoS2禁帶寬度與光子能量的博弈關(guān)系，該結(jié)果是對近期廣泛報道的MoS2寡層飽和吸收體工作機理的直接證明。相關(guān)論文已被Laser & Photonics Reviews（影響因子8.008，SCI光學(xué)領(lǐng)域期刊第4位）在線出版，并將作為封面論文出版。
Giant Two-Photon Absorption in Monolayer MoS2
研究小組張賽鋒等人與愛爾蘭都柏林圣三一大學(xué)合作，觀測到1-3層WS2薄膜的近紅外簡并雙光子吸收及其飽和效應(yīng)，通過控制單層數(shù)量，實現(xiàn)了WS2和MoS2寡層薄膜非線性特性的調(diào)控工程，通過改變波長調(diào)控寡層半導(dǎo)體中共振態(tài)和非共振態(tài)雙光子吸收以及飽和吸收的“開-關(guān)”操作，為禁帶寬帶大于光子能量的二維半導(dǎo)體的鎖模和調(diào)Q特性提出了一種物理機理。相關(guān)論文已被ACS Nano雜志（影響因子12.881）在線出版。
Direct observation of degenerate two photon absorption and its saturation of WS2 and MoS2 monolayer and few-layer films
研究小組張曉艷等人采用真空抽濾再組沉積技術(shù)成功制備出晶片尺度（直徑2英寸）的層狀MoS2納米薄膜，該層狀疊加重構(gòu)納米膜成本低、面積大、光學(xué)均勻性高，而且厚度可控，同時具有可見-近紅外寬帶非線性飽和吸收響應(yīng)。其三階非線性極化率Imχ(3)及品質(zhì)因子較之同等條件下制備的石墨烯納米膜高出數(shù)倍。最近，該薄膜已成功實現(xiàn)中紅外固體激光器超短脈沖調(diào)制。相關(guān)論文發(fā)表于Nanoscale雜志（影響因子7.394），并被遴選為2015年度熱點論文。
Facile fabrication of wafer-scale MoS2 neat films with enhanced third-order nonlinear optical performance, X.Y. Zhang, et al. Nanoscale 7, 2978 (2015)
此外，課題組2013年ACS Nano論文[K. Wang, et al. ACS Nano, 7, 9260 (2013)]被Web of Science (SCI)基本科學(xué)指標(biāo)(Essential Science Indicators)評為熱點論文（Hot paper，即收錄2年內(nèi)SCI引用次數(shù)居同領(lǐng)域論文前0.1%的論文）和高引用率論文（Highly cited paper，即收錄10年內(nèi)SCI引用次數(shù)居同領(lǐng)域前1%的論文）。
相關(guān)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、中組部“青年拔尖人才”、中科院“百人計劃”、中科院國際合作局對外合作重點項目及上海市科委等項目的大力支持。
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