【產(chǎn)通社，11月17日訊】中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所（Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics）官網(wǎng)消息，2018年10月，上海光機所微納光電子功能材料實驗室王俊研究員課題組在原有工作的基礎(chǔ)上發(fā)展了一種聚合物電解質(zhì)輔助退火技術(shù)，實現(xiàn)了晶圓級過渡金屬硫化物MoS2納米薄膜中缺陷的調(diào)控，并從實驗和理論上系統(tǒng)研究了缺陷對MoS2納米薄膜在飛秒脈沖、1030 nm作用下的非線性吸收特性和載流子弛豫動力學(xué)的影響。 

獨特的量子限制效應(yīng)和層間微擾的缺失使二維層狀過渡金屬硫化物具有非常優(yōu)異的非線性光學(xué)性質(zhì)，包括層數(shù)依賴的二次諧波、三次諧波產(chǎn)生、超快非線性吸收特性、光限幅效應(yīng)等，這些獨特的性質(zhì)使其在光電子學(xué)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。研究發(fā)現(xiàn)，缺陷尤其是空位、邊緣態(tài)、結(jié)晶程度等會對過渡金屬硫化物二維材料的光催化以及二階非線性光學(xué)性能等產(chǎn)生重要影響。然而，關(guān)于缺陷的精確調(diào)控以及缺陷對三階非線性光學(xué)性能影響的研究幾乎未見報道。實現(xiàn)缺陷的調(diào)控并研究缺陷對三階非線性光學(xué)性能的影響將對二維半導(dǎo)體在光子學(xué)器件領(lǐng)域的應(yīng)用起到巨大推動作用。 

在該項研究中，科研人員發(fā)現(xiàn)，MoS2納米薄膜中主要存在兩種三階非線性效應(yīng)：雙光子吸收效應(yīng)和單光子飽和吸收效應(yīng)，兩者處于一個博弈關(guān)系。硫空位的存在會在MoS2帶隙中引入缺陷能級，有利于飽和吸收效應(yīng)的產(chǎn)生，隨著硫空位含量的增大，飽和吸收效應(yīng)逐漸占主導(dǎo)；另一方面，晶體結(jié)晶程度的提高則會顯著提高M(jìn)oS2的雙光子吸收效應(yīng)。研究還發(fā)現(xiàn)，盡管引入了硫空位缺陷，該MoS2納米薄膜的損傷閾值較未經(jīng)退火處理的提高2倍多。該工作成功實現(xiàn)了缺陷對MoS2納米薄膜三階非線性光學(xué)性能的調(diào)制，并提供了一種有效調(diào)控缺陷的手段，該方法同樣適用于其他過渡金屬硫化物二維材料。 

該研究成果已被Nanoscale [Nanoscale, 2018, 10, 17924]在線發(fā)表。 相關(guān)工作得到了中科院、基金委和上海市科委的項目支持。

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