稀土离子在二维层状硒化物基质中的近红外发光特性

Rare earth ions activated luminescent materials have extensively been used in photonic science and technology. Particularly, rare earth ions doped luminescent materials with near-infrared emissions have played important roles in optical fibre communication, optoelectronic devices and biomedicine. On the other hand, the ultimate goal of making atomically thin electronic and optoelectronic devices greatly stimulates two-dimensional material research which has recently become a very hot field. Among them, two-dimensional selenides possess easy fabrication, good photoelectric performance, good chemical stability and low phonon energy etc., have been widely studied. Unfortunately, there has been no attempt on the incorporation of luminescent rare earth ions to the two-dimensional selenide semiconductors. In this proposal, near-infrared luminescence of rare earth ions will be studied by using two-dimensional selenide layered materials as hosts. Coupling with the expertise in both rare earth ions doped phosphors and two-dimensional materials, we will systemically investigate structural, optical and luminescent properties of the synthesized materials using various techniques. A proper selection of rare earth dopants and layered structures of host lattices will enable us to tune emission of the novel system. Therefore, the proposed rare earth ions doped layered selenide semiconductors are scientifically and technologically very interesting. The introduction of rare earth ions into two-dimensional selenide materials can provide a compelling solution to overcome the obstacle of narrow emission restricted by the intrinsic properties of pristine selenide semiconductors, which can offer a distinct class of photonic materials with great technological potential.

稀土离子激活的发光材料已广泛地被应用于光子科学和技术。特别是近红外稀土发光材料，在光纤通信、光电子器件和生物医学等领域正发挥着重要作用。另一方面，为实现制备原子尺度超薄电子和光电子器件，二维半导体材料近年来成为一个非常热门的研究领域。其中，二维硒化物拥有易制备、光电性能优异、化学稳定性好和低声子能量等特点，被广泛研究。遗憾的是还没有工作尝试将发光稀土离子和二维硒化物半导体耦合。本项目将使用二维层状硒化物作基质，研究稀土离子的近红外发光。申请人综合其在稀土发光和二维材料方面的研究经验，通过各种技术，系统地研究所合成材料的结构、光学和发光性能。合理地选择稀土掺杂剂和硒化物基质的层状结构，将使我们能够在新系统中调控发光。因此，本项目所提出的稀土离子掺杂硒化物层状材料在科学和技术上非常有兴趣。引入稀土离子到二维半导体材料为突破其本征窄带发射提供了可信的解决方案，同时也有潜力发展出新型的光子材料。

稀土离子激活的发光材料已广泛地被应用于光子科学和技术。特别是近红外稀土发光材料，在光纤通信，光电子器件和生物医学等领域正发挥着重要作用。另一方面，为实现制备原子尺度超薄电子和光电子器件，二维半导体材料近年来成为一个非常热门的研究领域。其中，二维硒化物拥有易制备、光电性能优异、化学稳定性好和低声子能量等特点。项目主要研究一类稀土激活离子在二维层状硒化物半导体基质中的光谱特性。工作进展顺利，获得了一些重要结果，具体工作有：基于脉冲激光沉积法，快速地制备了层数可控厘米级面积的近红外发光二维WSe2:Yb/Er超薄光子材料，生长速度达1层/3秒，实现近红外发光和结构层数可控的快速制备；探讨了稀土离子掺杂二维异质结的近红外发光与能量转移机理，受到《中国科学材料》的报道；通过固相合成和超声剥离两步法制造了二维Nd3+离子掺杂In2Se3纳米片，出色的近红外发光特性，表明所发展的材料在红外成像方面具有潜在应用价值；发展了稀土Er掺杂硒化锌纳米片，研究了超宽带光子发射调控与精细光谱结构解析，及其显示与温度传感应用；基于原子级超薄二维WSe2:Er发光层，制备了交流电致发光器件，成功实现了5V电压下近红外800nm光子发射，稀土离子的引入极大地丰富了二维材料的光谱特性，对于量子信息和集成光电子器件意义重大。项目发表第一标注的一作/通讯SCI论文13篇，授权发明专利2项。作为大会秘书长，组织全国光电材料与器件学术研讨会1次。稀土掺杂二维发光材料与器件对于传感检测和量子信息领域，具有一定的应用潜力。