一种调控二维材料光学非线性效应的方法技术

本发明专利技术公开了一种调控二维材料光学非线性效应的方法，其包括步骤：提供一种二维材料；在所述二维材料上沉积金属层，通过所述金属层和所述二维材料之间的受激热载流子转移过程，实现对二维材料非线性效应的调控。本发明专利技术在二维材料上沉积金属层形成异质结构，通过金属层和二维材料之间的受激热载流子转移过程，实现对二维材料非线性效应的显著增强调控。本发明专利技术通过上述方法，大大提高了二维材料的非线性光学响应，可以大幅增强、并有效调控二维材料的非线性光学效应，为二维材料在非线性光学领域中的应用提供了方便、可靠、有效的调控手段。有效的调控手段。有效的调控手段。

【技术实现步骤摘要】
一种调控二维材料光学非线性效应的方法


[0001]本专利技术涉及二维材料
，尤其涉及一种调控二维材料光学非线性效应的方法。

技术介绍

[0002]二维材料是指电子仅可在两个维度的纳米尺度(1
‑
100nm)上自由运动(平面运动)的材料，如纳米薄膜、超晶格、量子阱等。根据它们的化学成分和结构，原子级二维材料可分为金属材料、半金属材料、半导体材料、绝缘材料或超导材料。二维半导体这个数据库每年都在发展，拥有超过150种各有特色的丰富层状材料，可以很容易地剥离成亚纳米厚的材料。
[0003]非线性光学是光学和物理领域前沿研究一个有着重要地位的分支，尤其是当世界首台红宝石激光器问世以后，非线性光学更是取得了空前的发展，许多独特的物理现象也逐渐被观测到了。而二维材料作为特殊的实现光电实验的物理平台，其与光相互作用的研究，也使得二维半导体本身朝着器件化和应用化方面不断取得突破，许多独特的非线性光学现象和高阶效应得以在二维半导体材料这一平台实现。利用非线性光学特性设计出的光电子器件也有着传统光电子器件所没有的优异特性。
[0004]光子之间的相互作用以与它们相互作用的电子作为媒介。了解这种量子力学现象背后的基本原理可以显著提高这些非线性过程的利用率，这通常被称为多光子过程。这些过程可以应用于“光子输入
‑
光子输出”类型的光学场这类全光方案中，或应用于基于产生或检测光子的光电方案，这其中包含作为器件输入或输出一部分的自由电荷载流子。一些量子信息处理的分支，包括量子密码学和量子成像，本质上与多光子探测有关，而单光子和纠缠光子对的室温高效量子源与多光子发射有关，非线性光学器件是基于允许超快信号处理的能级之间的高阶跃迁。将超短脉冲时间比较短(一般是飞秒fs或皮秒ps)的激光脉冲作用于二维材料时，可以观测到显著的非线性光学效应，并且会产生一些典型的多光子物理现象。
[0005]暗态激子是双光子活性的，即二维半导体可以同时吸收两个光子(本论文中为两个全同光子，即简并双光子吸收)跃迁到暗态激子能级，然后弛豫到激子基态，最终通过辐射复合回归到基态，即发生了双光子激发的荧光发射。这种过程在多种单层二维材料中均有发现。暗态激子的双光子吸收实际是一种三阶非线性吸收效应。非线性光吸收通常是指在强激光作用下，物质的吸收特性(吸收系数)会随着光强的变化而改变的性质。当激光的脉冲强度足够强时，物质的高阶非线性就会随之出现。双光子吸收是一种通过能量为一半相应单光子跃迁能量的(或波长的两倍)的光子来访问给定激发态的过程。其与传统的单光子吸收相比具有重要的优势，高双光子吸收截面材料在显微成像、微加工、三维数据存储、光限幅、上转换激光、光动力疗法以及生物活性物质的局部释放等方面都有着很好的应用。随着90年代以钛宝石激光器为主的亚ps脉冲激光器大量出现，双光子吸收的研究得到进一步发展，当韦伯及其同事专利技术出了双光子荧光显微镜之后，和共焦显微镜制造商迅速采用
了这一技术，这从技术上为观测各种类型多光子吸收现象提供了条件。如果将二维半导体视为下一代光子和光电器件的候选材料，则双光子吸收过程是过渡金属硫化物材料中最基本也是最重要的非线性光学机制之一。近年来，优异的双光子吸收和双光子泵浦发光的非线性光学特性使得二维材料在光限幅、光信号处理、双光子显微镜、双光子亚带光电探测器、光频上转换等方面有着巨大的应用前景。在二维极端限域下，非线性的光与物质相互作用也更为强烈，调控和改善光学材料的非线性性能具有重要意义。到目前为止，提高非线性光学材料响应的方法包括：(1)减少材料的平均尺寸或层数来改变材料不同层数下的物理性能；(2)构建异质结构或纳米杂化物实现有效的电荷离域和电荷转移；(3)利用原子或离子掺杂的方法来改变材料的电学性能等。使用不同的方法采取的工艺不同，有的实验操作复杂，有的可控性不高无法实现有效响应，有的提高性能效果不明显，如何可控、高效、稳定地提升二维材料的光学非线性效应成为了值得关注的话题。
[0006]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0007]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种调控二维材料光学非线性效应的方法，旨在可控、高效、稳定地提升二维材料的光学非线性效应。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种调控二维材料光学非线性效应的方法，其中，包括步骤：
[0010]提供一种二维材料；
[0011]在所述二维材料上沉积金属层，通过所述金属层和所述二维材料之间的受激热载流子转移过程，实现对二维材料非线性效应的调控。
[0012]所述调控二维材料光学非线性效应的方法，其中，所述二维材料为二硫化钼、二硫化钨、二硒化钼和二硒化钨中的一种。
[0013]所述调控二维材料光学非线性效应的方法，其中，所述金属层包括与所述二维材料直接接触的接触金属层以及与所述接触金属层直接接触的保护金属层。
[0014]所述调控二维材料光学非线性效应的方法，其中，所述接触金属层材料为Sc、Ti、Mo、Cr、Al和Ni中的一种；所述保护金属层材料为Au、Ag和Pd中的一种。
[0015]所述调控二维材料光学非线性效应的方法，其中，所述接触金属层的厚度为10
‑
30nm。
[0016]所述调控二维材料光学非线性效应的方法，其中，所述保护金属层的厚度为50
‑
80nm。
[0017]所述调控二维材料光学非线性效应的方法，其中，采用化学气相沉积法制备所述二维材料。
[0018]所述调控二维材料光学非线性效应的方法，其中，在所述二维材料上沉积金属层的步骤包括：
[0019]对所述二维材料进行光刻图案化处理，确定沉积金属层的目标区域；
[0020]采用磁控溅射或电子束蒸发技术在所述二维材料的目标区域沉积金属层。
[0021]所述调控二维材料光学非线性效应的方法，其中，所述光刻图案化处理为紫外光刻处理或电子束曝光处理。
[0022]所述调控二维材料光学非线性效应的方法，其中，对所述二维材料进行紫外光刻处理，确定沉积金属层的目标区域包括步骤：
[0023]对所述二维材料表面进行清理；
[0024]在所述二维材料表面旋涂一层光刻胶；
[0025]对所述二维材料进行烘焙，去除所述光刻胶中的溶剂；
[0026]通过光刻机按照光刻掩模版上提前做好的图形，对所述二维材料表面的光刻胶进行紫外曝光；
[0027]通过显影液将所述二维材料经过曝光的区域中的光刻胶洗去，得到沉积金属层的目标区域。
[0028]有益效果：本专利技术提供了一种调控二维材料光学非线性效应的方法，通过在二维材料上沉积金属层形成异质结构，基于金属层和二维材料之间的受激热载流子转移过程，实现对二维材料非线性效应的显著增强调控。本专利技术通过上述方法，大大提高了二维材料的非线性光学响应，可以大幅增强、并有效调控二维材料的非线性光学效应，为二维材料在非线性光学领域中的应用提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调控二维材料光学非线性效应的方法，其特征在于，包括步骤：提供一种二维材料；在所述二维材料上沉积金属层，通过所述金属层和所述二维材料之间的受激热载流子转移过程，实现对二维材料非线性效应的调控。2.根据权利要求1所述调控二维材料光学非线性效应的方法，其特征在于，所述二维材料为二硫化钼、二硫化钨、二硒化钼和二硒化钨中的一种。3.根据权利要求1所述调控二维材料光学非线性效应的方法，其特征在于，所述金属层包括与所述二维材料直接接触的接触金属层以及与所述接触金属层直接接触的保护金属层。4.根据权利要求3所述调控二维材料光学非线性效应的方法，其特征在于，所述接触金属层材料为Sc、Ti、Mo、Cr、Al和Ni中的一种；所述保护金属层材料为Au、Ag和Pd中的一种。5.根据权利要求3所述调控二维材料光学非线性效应的方法，其特征在于，所述接触金属层的厚度为10—30nm。6.根据权利要求3所述调控二维材料光学非线性效应的方法，其特征在于，所述保护金属层的厚度为50—80nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，毛宇，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：