近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所微納光電子功能材料實(shí)驗(yàn)室研究員王俊課題組在二硒化鉑（PtSe₂）超快載流子動(dòng)力學(xué)及其半導(dǎo)體向半金屬轉(zhuǎn)變的層數(shù)依賴特性研究方面取得進(jìn)展，為過渡金屬硫化物的非線性光學(xué)性質(zhì)研究以及在光子學(xué)方面的應(yīng)用提供了理論和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。相關(guān)研究成果作為當(dāng)期內(nèi)封面文章發(fā)表在Laser & Photonics Review [13, 8, (2019)]期刊上。

　　作為過渡金屬硫化物的一員，層狀PtSe₂具有隨厚度增加發(fā)生半導(dǎo)體到半金屬的層依賴性轉(zhuǎn)變的特性。然而，確切的轉(zhuǎn)變層數(shù)仍存在爭(zhēng)議，這將對(duì)某些關(guān)鍵應(yīng)用，例如同質(zhì)互連電子電路，造成障礙。研究小組利用非線性光學(xué)和超快載流子動(dòng)力學(xué)技術(shù)研究了PtSe₂由半導(dǎo)體向半金屬轉(zhuǎn)變的層數(shù)依賴特性。在1040nm飛秒光激發(fā)下，當(dāng)PtSe₂的層數(shù)從4層增加到55層時(shí)，非線性光學(xué)響應(yīng)由雙光子吸收轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡臀眨砻髌鋷恫粩鄿p小。同時(shí)從載流子動(dòng)力學(xué)測(cè)量結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，隨著PtSe₂厚度的增加，弛豫時(shí)間從幾百皮秒（4層）急劇下降到幾皮秒（55層），帶間復(fù)合過程消失，表明厚層PtSe₂帶隙消失并轉(zhuǎn)變?yōu)榘虢饘佟３酥怆妼W(xué)測(cè)量和第一性原理能帶計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象吻合較好，進(jìn)一步驗(yàn)證了上述結(jié)論。該研究表明PtSe₂層狀材料在紅外探測(cè)器、光開關(guān)、可飽和吸收材料等光學(xué)納米器件中具有應(yīng)用前景。

　　相關(guān)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院及上海市科委的支持。

　　論文鏈接 

　　圖1 PtSe₂半導(dǎo)體向半金屬轉(zhuǎn)變過程

　　圖2 雜志內(nèi)封面