二维纳米材料离子束改性及在波导激光中的应用

Ion irradiation, as an efficient modification technology for materials, has been proved to have the high application value for the two dimensional material (2D) and the waveguide laser fabrication. The ion irradiation process introduces defects, doping or disorder into 2D material, which induces the variation of physical properties of 2D materials. This project will focuses on three topics: 1) Modification of optical properties of the 2D material induced by the ion irradiation; 2) Physical mechanism of the optical modification of 2D materials induced by the ion irradiation. 3) Application of the modified 2D material in the pulsed waveguide laser.

离子束技术作为一种材料改性手段，在二维纳米材料和波导激光研究中均表现出重要应用价值。二维纳米材料具有独特的物理性质，使用离子束轰击二维材料，可以调制材料的微观结构和形貌，诱导二维材料的物理性质发生变化。波导激光是集成光学的重要光源，在诸多领域有广阔的应用前景，使用离子束技术可以在激光晶体内制作多种类型的波导激光结构。本项目拟利用离子束技术在二维材料改性和波导激光制备方面的优势，针对二维材料的光学性质，以脉冲波导激光为应用目标，开展研究工作。具体包括：1）多种离子束技术结合，按需调控二维纳米材料的光学性质；2）从二维纳米材料微观结构变化的层面上，解释材料光学性质发生变化的原因，理解离子束改性对纳米材料光学性质的调控物理机理；3）将离子束改性纳米材料与集成光学器件相结合，优化或形成新的集成光学器件，并实现优质脉冲波导激光。本项目将促进以载能离子束技术为代表的核技术在材料科学、信息科学中的应用。

近年来，缺陷结构对二维材料光电性质的调控引起研究人员的广泛关注。缺陷结构可以改变二维材料的能带结构，为二维材料带来新的物理化学性质，对拓展、优化二维材料的光电应用具有重要作用。离子束辐照是一种优异的材料改性技术手段，它通过载能离子辐照，在材料表面或内部产生缺陷结构，进而改变材料的性质。本项目利用离子束技术开展二维材料光电性质调控研究，并进一步将改性后二维材料应用于光电探测及表面拉曼增强等领域。.本项目利用离子束辐照技术，构建新型旋光波导结构；在二维材料内部引入缺陷结构，通过缺陷调控二维材料的光电性质，并揭示缺陷对二维材料调控的物理机制，进一步将其应用于光探测、表面拉曼增强等光学领域。1）发现离子束增强二维材料纵向电子迁移机制，既可以调控电子迁移强度也可以调控迁移方向；将其应用于光电探测可以实现高灵敏度探测，以及正负光电响应切换，对构建高灵敏度探测器和光逻辑门具有重要意义。2）提出缺陷调控二维材料内电子横向迁移的新思路，并实现了二维整流二极管的制备，整流比可达10000，响应时间低于30微秒，在二维逻辑电路领域具有应用潜力。