上海光机所在缺陷调制二维半导体非线性荧光及非线性吸收特性研究方面取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所微纳光电子功能材料实验室王俊课题组在提高二维纳米材料非线性光学特性方面取得新进展。研究表明双（三氟甲烷）磺酰亚胺（TFSI）处理对单层过渡金属硫化物的非线性光学性质具有显著影响，处理后的MoS₂和WS₂表现出增强的双光子吸收和双光子发光性能。相关研究成果发表在[Optics Express 27, 13744-13753 (2019)]。 

二维过渡金属硫化物中的双光子吸收和双光子发光特性在光限幅、光信号处理、双光子显微成像和光频率上转换等方面具有巨大的应用潜力。近年来，缺陷（边缘和空位）对二维过渡金属硫化物的非线性光学特性会产生一定的影响并已见诸报道，但修复缺陷对该种材料双光子吸收及双光子荧光的影响尚不明确。 

为解决MoS₂和WS₂的双光子荧光泵浦效率过低的问题，研究缺陷态对光子吸收和载流子驰豫复合的问题，科研人员以TFSI溶液处理过后的样品为实验组，未处理的为参照组，样品为化学气相沉积法的单层MoS₂和WS₂。实验中，处理后未观察到明显的形貌变化，硫钼比高于未处理组，表明硫空位已得到修复。 

进一步的研究表明MoS₂和WS₂处理后，光致荧光强度显著增强，以MoS₂为例，对照组荧光强度提高约50倍。在单层WS₂中也观察到类似的荧光增强。更重要的是，在室温下用1030纳米飞秒激光脉冲激励可以观察到这两种材料的显著双光子荧光，这对于生物成像具有重要意义。科研人员还利用显微强度扫描系统和非简并超快泵浦探测系统研究了缺陷修复对于二维过渡金属硫化物的双光子吸收性能和载流子驰豫动力学的影响，并且发现在MoS₂和WS₂中，双光子吸收系数都有很大的提高。该研究揭示了缺陷调控二维过渡金属硫化物的非线性吸收和发光特性，对其非线性光学应用具有重要意义。

 

相关工作得到国家自然科学基金、中科院先导专项计划等的支持。 

论文链接：https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-27-10-13744&origin=search