脉冲激光注入和探测石墨烯中的自旋

用GaAs等半导体材料为基底制备高质量的石墨烯样品，以改良的时间分辨克尔/法拉第旋转光谱为研究手段，设计使用脉冲激光为石墨烯注入自旋，检测石墨烯的自旋弛豫时间，研究石墨烯的自旋动力学特性。使用此光学方法研究石墨烯的自旋弛豫特性，优点是预制备简单，可保持石墨烯的洁净度和完整性，减小随机分散的吸附原子影响，从而提高实验测得的自旋弛豫时间值。并可以通过进一步考察石墨烯的掺杂情况和所处状态与自旋弛豫时间的映射关系，研究不同散射机制对石墨烯自旋弛豫的影响，为延长石墨烯的自旋弛豫时间和进一步的理论研究提供实验依据。本项目的研究者及实施团队具有长期从事超快激光实验和量子自旋研究的经验，有利用石墨烯进行光学探测的基础和条件，可以保证该项目顺利实施及高质量的完成。该项目的开展，可促进石墨烯在自旋动力学方面的研究，推动量子信息产业的发展。

本项目达到了测量石墨烯、二硫化钼等二维材料的非线性光学和动力学特性的实验目的；发表论文13篇（SCI/EI 10篇）；国家发明专利在申4项，完成了项目申请书所承诺的预期目的。.项目研究工作主要包括三个方面：（1）石墨烯、二硫化钼等二维材料和相关复合纳米材料的制备和应用；（2）石墨烯、二硫化钼等二维材料和复合纳米材料的非线性光学特征研究及其应用；（3）石墨烯、二硫化钼等二维材料和复合纳米材料的动力学特性研究及其应用。.取得的主要研究结论如下：.1）用离散法和机械剥离法制备了高质量的石墨烯、二硫化钼等二维材料薄膜悬浮溶液，并用旋涂法在石英、蓝宝石等透明基底或GaAs等半导体材料基底上制备了石墨烯、二硫化钼的纳微薄膜；制备了二硫化钼-上转换稀土、石墨烯-三氧化二铁等复合纳米材料；将此技术用于（磁性）太阳能电池的制备。.2）测量了石墨烯、二硫化钼等二维材料和复合纳米材料的非线性光学特征；发现二硫化钼悬浮溶液的非线性吸收特性会随着激发波长和激发光强的变化而变化（反号）；将此特性运用于制备聚光太阳能电池保护膜，用于提高其损伤阈值；发现二维材料悬浮溶液中存在自衍射现象，并进行了动态观察，首次提出自衍射可能是由于激光对二维材料的作用力导致的。.3）测量了石墨烯、二硫化钼等二维材料和复合纳米材料的动力学特性；发现在不同溶剂中（氛围）或功能化后，石墨烯或二硫化钼的载流子弛豫时间会有明显变化；测量了二硫化钼-上转换稀土、石墨烯-三氧化二铁等复合纳米材料的弛豫动力学特征，并用于太阳能电池研究。