能带可调二维过渡金属硫族化合物和钙钛矿材料异质结的制备与超高时空分辨光学性能研究

Two-dimensional (2D) transition metal dichalcogenides (TMDs) and organic-inorganic perovskite materials have attracted tremendous attention in recent years, due to their extraordinary optoelectronic properties. Heterojunctions comprising 2D TMDs and perovskite will combine the excellent properties of these two materials and further explore novel interesting applications of low dimensional materials and devices. This project starts from the controllable fabrication of high quality 2D TMDs and perovskite heterojunctions through a full chemical vapor deposition method. Then by bandgap engineering, we can achieve bandgap tunable 2D heterojunctions. By high spatial and temporal optical microscopy and spectroscopy systems, we will systematically study the nanoscale optical properties and the dynamics of generation, relaxation and recombination of the optically excited carriers in these 2D heterojunctions. We will elucidate the optoelectronics and the mechanisms of 2D TMDs and perovskite heterojunctions and the effects of localized defects, edges, interface and stresses. In addition, our studies will provide valuable information for improving material preparations and device fabrications and designing for novel 2D optoelectronic devices. We believe that this project will promote the research of high quality optoelectronics and device applications, and will contribute significantly for the development of international influence power of our nation in the relative research fields.

二维过渡金属硫族化合物（TMDs）和有机-无机杂化的钙钛矿材料由于其优异的光电性能和在新型光电器件上的应用，近年来受到了广泛关注。将二维TMDs与钙钛矿体系结合构建二维垂直异质结，发挥两者的优势，对拓展低维光电材料的研究与应用有重大意义。本项目将通过全化学气相沉积方法可控生长高质量TMDs和钙钛矿材料构成的垂直异质结构，并利用能带工程实现能带可调的二维异质结，使用高空间-时间分辨联合探测平台，系统的研究这些新型二维异质结构纳米尺度的光学性能，研究光激发下的载流子分布、弛豫与复合过程，阐明微纳尺度局域缺陷态、边界、界面、应力等对异质结光电性能的调控作用，最终为反馈和优化二维异质结制备方法和构建新型二维异质结的光电器件提供重要的基础。同时本项目的顺利开展，将对推动我国在高质量二维异质结的制备和新型低维光电器件的研究发展，为提高我国在相关领域的国际竞争力作出贡献。

二维过渡金属硫族化合物（TMDs）和钙钛矿材料由于其优异的光电性能和器件应用前景，受到了广泛关注。将二维TMDs与钙钛矿体系结合构建二维垂直异质结，发挥两者的优势，对拓展低维光电材料的研究与应用有重大意义。本项目以二维材料的可控生长为出发点，通过界面能带调控实现异质结光电性能调节，获得系列高性能微纳光电器件。具体开展以下研究内容，取得了系列研究进展：.发展了TMDs和钙钛矿材料可控制备方法。利用气相沉积方法实现了能带可调全无机钙钛矿材料有序阵列制备，实现了发光性能调控与颜色可调光致激光；制备了二维有机无机杂化RP钙钛矿层状材料，通过重复单元控制，实现了材料能带与发光波长调控；可控制备了多种对称性破缺二维TMD原子层，获得了强的二次谐波出射。.实现了能带可调TMDs和钙钛矿异质结，研究了异质结的光电性能与器件应用。可控制备了能带可调PbI2/TMDs范德华异质结，实现了异质结的发光增强与载流子扩散研究；进一步获得了能带可调TMDCs钙钛矿异质结，研究了高性能探测器应用。.搭建了高时间空间分辨载流子探测系统。实现了钙钛矿中光生载流子输运特性可视化研究；阐明了钙钛矿纳米线受激发射中载流子动力学过程；研究了TMD/RP钙钛矿异质结光生载流子调控与荧光偏振特性；实现了双脉冲激发超快光电流探测，系统地阐明二维异质结中载流子的动力学过程及机理。.在基金支持下，本项目在Nature Communications、Advanced Materials、Nano Letters等学术期刊发表基金标注论文31篇，完成了预期的研究计划。项目的开展推动了高质量二维异质结的制备和光电性能与器件的研究发展，为新型高性能低维光电器件上的应用方面做出贡献。项目培养一批优秀研究生，锻炼若干青年骨干教师，提升研究团队的综合科研水平与国际影响力，为提高我国在相关领域的国际竞争力作出了贡献。