单分子层过渡金属硫系化合物聚合物复合纳米材料的超快非线性吸收光谱研究

Transition metal dichalcogenides (TMDCs), such as MoS2, MoSe2, WS2, is a class of new emerged two-dimensional (2D) layered semiconductors with graphene-liked structure. In recent years, they have attracted considerable attention due to the unique structures and physical properties. In comparison to graphene, TMDCs exist controllable bandgap and emerge photoluminescence in visible and infrared range, which have broad application prospects in the field of photonics. However, there are few investigations on their basic photonic properties, which confine their applications in the field of photonics. The project focuses on the TMDCs, aims to develop high efficient liquid phase exfoliation technique for mass production of high quality monolayer TMDCs nanosheets, prepare polymer composites for photonic applications, study the ultrafast nonlinear absorption spectra of monolayer TMDCs nanosheets and polymer composites in the range of visible and near-infrared, analyze the impacts of pulse width, wavelength, material parameters, and environment conditions etc. on nonlinear spectra, and establish nonlinear absorption model to modulate the correlations between structure and nonlinear properties. The project devotes to build a research platform on ultrafast nonlinear optics of monolayer TMDCs polymer composites, provide basic information for the development of nanophotonic devices based on these nanomaterials.

过渡金属硫系化合物（如MoS2、MoSe2、WS2等）是一类具有类似石墨烯结构的新型二维层状半导体纳米材料，近年来以其独特的结构和物理性质引起了广泛的关注。相比于石墨烯，此类材料存在可调控带隙、可见红外波段发光等优点，在光子学领域有着广阔的应用前景。然而，针对其基本光子学性质的研究目前尚较缺乏，限制着其在光子学领域的应用拓展。本项目以过渡金属硫系化合物体系为研究对象，发展大批量制备高品质硫系化合物单分子层结构的液相剥离技术；面向器件开发，制备聚合物纳米复合材料；系统研究材料单体及聚合物复合材料涵盖可见及近红外波段的超快非线性吸收光谱，分析激光脉宽、波长、材料条件、环境等因素对非线性光谱的影响，建立非线性吸收模型模拟分析材料结构与非线性性质的关联关系。本项目致力于构建完备的单分子层过渡金属硫系化合物聚合物复合材料的超快非线性吸收光学研究体系，为开发基于此类材料的光子器件提供最基本的资料。

层状过渡金属硫化物二维半导体（如MoS2、MoSe2、WS2、WSe2等）是一类极具代表性的二维半导体，其带隙的层数依赖特性对非线性光学响应的影响规律及物理机理的研究对开发高效光电子器件非常重要。该项目在前期工作基础上，深入研究了过渡金属硫化物及石墨烯等二维纳米材料的非线性光学性质，取得了一系列重要的研究成果。本项目的顺利实施为发掘过渡金属硫化物和石墨烯等二维半导体的光子学应用潜力，开拓新的应用领域具有良好的带动作用。重要结果如下：1）研究了MoS2、WS2等过渡金属硫化物的非线性吸收、非线性折射特性，揭示了其物理规律；对过渡金属硫化物液体悬浮态的光限幅效应进行了实验和理论研究。2）实验和理论方面研究了不同形态的石墨烯材料的饱和吸收特性。3）研究了一系列MoS2、石墨烯等聚合物复合纳米材料的非线性光学性能。. 发表标注受本项目资助SCI论文10篇，其中影响因子>3论文9篇。在项目执行期间，项目负责人获博士后科学基金特别资助1项（No. 2014T70435）。另外，项目培养博士后1名，协助培养博士研究生2名（1人获“国家奖学金”），硕士研究生1名。其中，已毕业博士研究生1人，已毕业硕士研究生1人。