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
单个半导体纳米结构的二次谐波特性调控及其应用
单个半导体纳米结构的二次谐波特性调控及其应用随着超短超快激光技术的发展,非线性光学成为光学领域一个重要的分支,其中二次谐波(Second-harmonic generation,SHG)是最基本的二阶非线性光学效应。
基于SHG的产生机制,SHG具有信号稳定、宽波段调谐、相干性、高速响应和偏振敏感等特点。
SHG 一般在非中心对称材料中存在,由材料内部晶格极化产生(称体SHG),对晶格结构非常敏感。
通常利用SHG的偏振敏感特性,即测量SHG强度随入射光的偏振态的变化规律,可以获得晶体的c轴取向。
近年来,通过对该方法的进一步拓展研究发现,利用SHG的偏振敏感特性可以完全获得晶体的三个轴的取向,区分不同晶相的晶体结构或更复杂的晶体结构,如孪晶等。
因此,利用SHG的偏振敏感特性探查晶格结构信息是值得深入研究和发展的一种新的光学表征技术手段。
此外,SHG作为相干光源,在微纳尺度下,发光效率较低也是目前亟待解决的问题。
本论文主要利用SHG的偏振敏感特性探测了半导体纳米线内产生的晶格畸变,研究了金属腔和单层二维材料的复合结构的SHG特性,以及通过搭建的飞秒泵浦探测系统测试了单个半导体纳米颗粒的自相关信号。
全文的主要内容如下:(1)提出了通过SHG显微术的方法,实现全光的灵敏的探测单根半导体纳米线的晶格畸变。
通过研究不同弯曲曲率的ZnO纳米线中SHG辐射强度随泵浦光偏振方向的响应曲线,发现随着纳米线弯曲曲率的增加,沿垂直和平行于ZnO纳米线c轴的偏振方向所激发的SHG辐射强度之比迅速下降。
由此,实验中得到一个高灵敏度(10-3 nm)的探测弯曲晶格畸变的方法。
此外,实验中还发现当ZnO纳米线沿c轴方向有扭曲时,SHG辐射强度随泵浦光偏振方向的响应曲线呈现出非轴向对称的异常花型。
由此,SHG显微术还可以用来探测扭曲的晶格畸变。
(2)设计并搭建了微区笼式共焦显微系统,其中详细阐述了显微系统的白光照明系统,即科勒照明。
非线性光学第一章
2）非线性光学研究全面深入的20年（1971-1990）
发现新的非线性光学效应：四波混频、光克尔
展开各种非线性光学效应的应用研究：
线性光学
非线性光学
单束光在介质中传播，通过干涉、衍 某一频率的入射光，可通过与介质的相
射、折射可以改变空间能量的分布和 互作用转换成其它频率的光（如倍频），
传播方向，但与介质不发生能量的交 还可以产生一系列在光谱上周期分布的
换，不改变光的频率
不同频率和光强（受激拉曼散射）
多束光在介质中交叉传播，不发生能 量相互交换，不改变各自的频率
非线性科学（量子力学、相对论）
线性和非线性 (数学和物理上) 非线性科学，目前有六个主要研究领域，即： 混沌 (Chaos) 孤子波（Soliton） 分形（Fractal） 模式形成（Pattern formation） 元胞自动机（Cellular automata） 复杂系统 (Complex system)
Stanford University Stanford, CA, USA
Collège de France; École Normale Supérieure Paris, France
National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, MD, USA
4）非线性光学研究的未来发展趋势
非线性 光学规 律研究 的发展
趋势
研究对象从稳态过程转向动态；所用光源从连续、宽脉 冲转向纳秒、皮秒、飞秒甚至阿秒超短脉冲；从强光非 线性研究到弱光非线性研究；从基态－激发态跃迁非线 性光学研究转向激发态－更高激发态跃迁非线性光学研 究；从研究共振峰处的现象转向研究非共振区的现象； 从二能级模型研究转向多能级模型；研究物质的尺度从 宏观尺度（衍射光学），到介观（纳米）尺度（近场光 学），再到微观尺度（量子光学）。
基于mie理论的全电介质纳米颗粒的谐振效应
对光的电磁响应已经取得很多丰硕的成果，但由于损耗高和纳米结构的制备问题,大大限制了它的应用。因此需要另外一
种方案代替金属纳米结构，根 据 mie理论折射率较高的单个Ti0 2 纳米颗粒在可见光波段会出现强烈的偶极子谐振，由于
在电偶级子谐振与磁偶极子谐振会出现增强散射的现象，通改变颗粒的尺寸可ห้องสมุดไป่ตู้在整个可见光波段优化散射增强的位置。
⑶
其 中 ，kc« 是散射系数。 图 1 (a) 是本文提出的单个Ti0 2 纳 米 球 的 m ie理论计算
和时域有限差分法FDTD (Finite Difference Time Domain)模拟
的散射光谱，从图中可以看出，FDTD对 Ti0 2 纳米球的模拟与
mie理论计算的散射光谱几乎完全的一致，都 在 510mn附近激
后向散射就较为弱，但还是可以很容易激发偶极子谐振的。
图1
图 1 (a) FDTO模 拟 （上 ）和 m ie理 论 计 算 （下 ）直径为 250nmTiO2 纳米球的散射光谱图；（b) 模 拟 直 径 为 250nm 的 Ti0 2 纳米球的向前散射和向后散射
经 过 大 量 的 调 研 文 献 和 模 拟 ，我 们 发 现 相 同 材 料 的 电 介 质立方体、圆柱体和球体在颗粒大小相近的情况下他们的散 射光谱以及偶极子谐振的表现是几乎相同的。所以我们的第 二个工作是将利用圆柱体以六角晶格排列方式放在玻璃薄膜上 并以硅为基底上研究它的反射光谱，其结构示意图如图2(a)所示。
2 结构和结果分析
根 据 mie理论半径为rO折射率为n 的电介质颗粒的散射 电场正比于：
”
m a (
)-
散射磁场正比于：
b _ ^„(Qr)ty„(w«)-<y.(«);yn(wQ；)
纳米科学技术简介
• 纳米刻蚀： • 目前微电子技术中最细刻度为几分之一微米， 即激光光列。 • 如果把搬迁原子的位臵按照电路的方式搬迁， 便可以用STM进行纳米级的刻蚀。我国已能用 STM刻出10 nm的细线。 • 一是可制备高密度的存储器。 • 日本NEC公司研制出高密度记录技术，在一张 邮票大小的衬底上可以记录下400万页报纸的 内容。 • 二是可用分子束外延技术制造出三维纳米量子 器件。
§1.1 基本概念和内涵
• （2） 纳米材料与传统材料的主要差别： • 第一、这种材料至少有一个方向是在纳米的数 量级上。 • 比如说纳米尺度的颗粒，或者是分子膜的厚度 在纳米尺度范围内。尺寸 • 第二、由于量子效应、界面效应、表面效应等， 使材料在物理和化学上表现出奇异现象。 • 比如物体的强度、韧性、比热、导电率、扩散 率等完全不同于或大大优于常规的体相材料。 性能
§1.1 基本概念和内涵
• 5. 纳米尺度的检测和表征
• 纳米尺度的检测与表征：在纳米尺度上研究材 料和器件的结构及性能。 • 包括： • 在纳米尺度上原位研究各种纳米结构的电、力、 磁、热、光学等特性。 • 纳米空间的化学反应过程、物理传输过程。 • 研究原子分子的排列组装与奇异物性的关系。
• 久保理论 • 1961年，久保(Kubo) 针对金属超微粒子的研究 提出了久保理论---超微粒子的量子限域理论。 • 随着粒子中原子数的减少，Fermi能级附近的 电子能级由连续状态分裂为分立状态，能级的 平均间距与粒子中的电子数成反比，在能级间 距大于热能、磁能、静电能、光子能量以及超 导态的凝聚能时，就会产生与宏观物体不同的 所谓量子效应(Quantum Effect)。 • 被科学界称做Kubo效应。
§1.1 基本概念和内涵
• （3）目前该领域的主要研究内容： • A 制备纳米尺寸范围材料的相关技术 • 液相法：如沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、聚合法、 化学镀法。 • 气相法：如蒸发法、电弧法、化学气相沉积法、微 弧氧化法。
超材料窄带完美吸收体的若干实现方案及特点
Science &Technology Vision 科技视界,,[1]。
,(Metamaterials)()、,,、,[2,3]。
,,,[4,5]。
,[4],,。
,[6]。
[7]。
(41),、。
,,、,、[8]。
,、,。
１基于表面等离激元型超材料结构中窄带完美吸收体的研究,-———(Surface Plasmons),,。
,,,(Localized Surface Plasmons)。
,,(Sensitivity,S =δλ/δn ,)。
,()[9,10],1。
,:K 0sin θ+i G x +j G y =K SPP(1)超材料窄带完美吸收体的若干实现方案及特点胡新广黄志永(黄山学院信息工程学院,安徽黄山245041)【摘要】实现对入射电磁波在某个波长或波段近似完全吸收的物体,称为完美吸收体。
窄谱线的完美吸收体在生化传感、热辐射测量、滤波、光电检测等方面具有重要的应用前景和研究价值。
超材料结构的超常电磁特性使人们对入射电磁波实行任意操控成为可能,是目前科学研究的前沿和热点之一。
利用超材料结构实现的完美吸收体具有尺寸小且设计灵活的优势,是目前窄带完美吸收体的主要实现方案。
文章选取了利用超材料结构实现窄带完美吸收体的三种常见方案,从实现原理、典型结构及性能特点等方面进行了阐述,指出了表面等离激元型窄带完美吸收体具有较高的传感灵敏度;介质结构共振型窄带完美吸收体在谱线宽度和器件小型化方面更具优势;而基于石墨烯的窄带完美吸收体则拥有更加丰富的光电性能。
【关键词】超材料;窄带完美吸收体;表面等离激元;共振模式;石墨烯中图分类号:TB33文献标识码:ADOI:10.19694/ki.issn2095-2457.2021.21.66※基金项目:黄山学院校级人才基金启动项目(2019xkjq005)。
作者简介:胡新广,男,博士,研究方向:微纳光子学。
177. All Rights Reserved.Science &Technology Vision科技视界K SPP =K 0R eεm εd εm +εd √(2)K 0K SPP ,i j x ,y ;G x G y x ,y ;εm 、εd 。
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谢 谢！
结束语
谢谢大家聆听！！！
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三维操控和微加工
一个立体的复杂整体结构，材料在不同的部位 的尺寸和形状都不同时，利用现有的精密机械 尚无有效的方法实现。如非球面透镜的加工， 特别是微型非球面透镜是目前的技术难题之一， 双光子聚合可以用来解决该问题。Kawata将计 算机辅助设计和双光子聚合技术相结合，成功 的制造出了红细胞大小的立体公牛（长10μm， 高7μm）（Nature,2001,412用激光作动力拉动弹簧，测出了弹簧 的弹性常数为8.2nNm-1.
1 概述
1931年Goppert-Mayer提出双光子吸收理 （Ann.Physik,1931,9:273~295）；
20世纪60年代由实验观测所证实 (Phys.Rev.Lett,1961,39:1347~1348)
但由于缺少大的双光子吸收截面材料（均小于 10-48cm4•s/photon），限制了其应用研究。
20世纪90年代后，大双光子吸收截面有机分子 被逐渐发现（10-46cm4•s/photon）。如双光子 上转换激光、双光子光限幅、双光子三维光存 储、双光子光动力学疗法、双光子光聚合等
单光子吸收的吸收截面为
10-17~10-18 cm4•s/photon，对光密度要求小，即 使弱光也可发生吸收，在光线经过的地方都会发 生聚合，是整体或面上的聚合;双光子吸收截面 一般为10-50~10-46cm4•s/photon，一般在两束光 聚焦的焦点处才能同时吸收两个光子，引发聚合 反应，聚合反应只发生在入射光波长立方（λ3） 范围的微小体积内。
双光子吸收截面：
σTP=4π3ao5 ω2 δTP 15c гf
即双光子可进行立体微加工。
双光子吸收的光源
一维Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米材料的设计合成与性能研究
一维Ⅱ-Ⅵ族半导体纳米材料的设计、合成与性能研究Design, synthesis and function of one-dimensional II-VI semiconductor nanomaterials● 主要要研究内容★提出了溶剂热条件下一维纳米晶的合成方法，运用配位分子模板机制，合成出系列半导体纳米棒、纳米管；★发展了室温合成过渡金属与主族硫属化合物纳米晶的新途径,利用稀土氧化物有机溶剂液相离子交换直接合成法制备出稀土硫氧化物纳米材料；★发展了液相自组装方法，成功地合成出一系列半导体纳米管，单晶纳米线。
● 研究成果的科学意义和应用前景II-VI族半导体纳米材料因其具有优异的物理特性和潜在的应用前景，受到了材料科学家的高度重视，特别是其一维量子线的研究，不仅有助于人们在原子或分子水平上认识晶体的成核与生长，同时对进一步探索纳米材料的维度控制规律和量子尺寸效应与相关的新性质间的关系，为未来实现在分子水平设计、制造半导体纳米量子器件与分子导线奠定理论与实验基础。
●代表性论文★Yadong Li*, H.Liao and Y.Qian et al. “Non-aqueous Synthesis of CdS Nanorod Smiconductor. ” ,Chem. Mater. 10(9),2301 (1998)★Yadong Li*, Y.Ding, Y.Zhang et al., “A Solvothermal Elemental Reaction to ZnSe Nanocrystalline”,Inorg. Chem. 1998,37(12), 2844★Yadong Li*, H.Liao and Y.Ding et al. “ Novel Solvother mal Synthesis of CdE(E=S,Se,Te) Semiconductor Nanorod. ”,Inorg. Chem. 1999, 38(7), 1382★Yadomg Li*, Z. Wang, Y. Ding, “Room Temperature synthesis of Metal Chaleogenides in Ethylenediamine”,Inorg. Chem. , 1999, 38(21), 4737★Yadong Li*, Y. Huang, T. Bai, et al., “A Straightforward Conversion Route to Nanocrystalline Rare Earth Mono-thio Oxides in Sulfur Ethylenediamine Solution”, Inorg. Chem. 2000,39,3418★Yadong Li*, Yi Ding, and Zhaoyu Wang “A Novel Chemical Route To ZnTe Semiconductor Nanorods”, Adv. Mater.,1999, 11(10), 847★Li Yadong*,Sui Mong, Ding Yi, et al. “Preparation of Mg(OH)2 nanorods” Adv. Mater. 2000,12(11),818无机/有机纳米微粒的制备复合与组装The Preparation, Composite And Assembly Of Inorgano/Organo-Nanoparticles由于纳米微粒的特殊层次和状态，人们若想将其特殊性能以材料形式付诸于应用，则必须实现它以某种形式与体相材料的复合与组装。
2018年度安徽省自然科学基金拟立项项目名单
89 陆瑞利 安徽农业大学
金龟子绿僵菌孢子中绿色色素的结构研究
90 陶晓 91 王储炎 92 熊国远
安徽农业大学 合肥学院
安徽农业大学
城郊森林土壤碳固持关键过程对氮沉降增加的响应
桑椹多糖通过舒张血管对高盐膳食引起高血压的调控机制研 究
ISP对鸡肝蛋白乳化特性改善机理研究
93 王顺民 安徽工程大学 微波诱导外源L-Phe调控发芽苦荞黄酮类物质的富集机理
安徽师范大学
蓼属植物繁育系统多态性研究
合肥工业大学
银杏内酯B-10-O-烟酸酯抗脑缺血活性评价及脑靶向转运机 制研究
安徽科技学院 濒危药用植物霍山石斛亲缘地理学与遗传多样性的研究
安徽师范大学
基于浮游轮虫的分类群和功能群特征对湖泊富营养化敏感性 的水质生物指示作用研究
合肥师范学院
矿区作物根际重金属与养分间交互作用研究
85 董丽丽
安徽农业大学
PhSDG8介导生长素合成及糖基化修饰调控矮牵牛分枝发育的 分子机制
86
宋小平
安徽医学高等专科 学校
谷氨酰胺转氨酶分子进化改造与发酵工艺研究
87 许永汉 安徽农业大学
蔗糖调控水稻基因OsbZIP14和OsASN1的分子机理研究
88 梁后军 安徽财经大学
棉花加工过程模型挖掘及优化方法研究
99 陈凤娇
安徽省气象局
基于GPM和葵花8联合观测的安徽省夏季降水及云微物理特征 研究
100 曹德菊 安徽农业大学
刚毛藻超富积铅的特征及其分子机制
101 安乐生 安庆师范大学 江湖阻隔下皖江湖泊湿地植被水文过程耦合与演变机制研究
杨树应拉木纤维素/壳聚糖复合材料制备及对重金属离子吸 附机理
丝瓜络床垫界面特性对人体健康睡眠的影响机理
一维与二维材料的光电性能研究
一维与二维材料的光电性能研究随着纳米科技的快速发展，一维与二维材料的研究成为了科技领域的热门话题。
这些纳米材料在光电子器件、能源转换、传感器等领域展示出了巨大的应用潜力。
本文将探讨一维与二维材料的光电性能研究及其在科学研究和工程应用中的意义。
一维材料，如碳纳米管、纳米线等，具有独特的结构和性能。
由于其尺寸在纳米量级，一维材料的电子运动受限，呈现出了一维的能带结构。
这种特殊的结构使得一维材料具有优异的光电性能。
以碳纳米管为例，由于其独特的能带结构，碳纳米管展现出了优异的导电性、热导性和光学性质。
这种特性使得碳纳米管在电子器件、太阳能电池等领域有着广泛的应用前景。
与一维材料相比，二维材料，如石墨烯和二硫化钼等，具有更加独特的结构和性能。
石墨烯作为一种新型二维材料，其独特的碳平面结构赋予了它优异的导电性和热导性。
石墨烯通过展示出的独特电子能带结构，具有高度可调控性和可挤压性，被认为是未来晶体管和其他光电子器件的理想材料。
二硫化钼则具有优异的光吸收和光辐射特性，被广泛应用于传感和光电转换器件。
近年来，研究人员对一维和二维材料进行了大量的光电性能研究。
通过研究材料的带隙、导电性和光学性质等特性，科学家们进一步深入理解了这些材料的行为和性能。
例如，通过调控外界光照条件，研究人员可以测量材料在不同波长下的吸收率和反射率，从而确定其在不同光谱范围内的应用潜力。
此外，光电性能研究还帮助科学家们设计和开发更高效、更稳定的光电子器件。
通过研究材料的能带结构和光吸收特性，研究人员能够设计出更高效的太阳能电池和光电转换器件。
例如，研究人员可以通过合理选择和优化二维材料的结构和组成，来提高其太阳能吸收能力，并进一步提高太阳能电池的转换效率。
此外，一维和二维材料的光电性能研究还引发了新的科学发现和理论突破。
研究人员发现，在一维材料中，由于有限的空间自由度，自旋和电荷可以紧密耦合。
这种现象打开了一维自旋电子学和拓扑态的新领域，为设计新型量子器件提供了基础。
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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。