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手性等离激元纳米结构调控二维材料光与物质相互作用
结题报告
批准号:
11904098
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
27.0 万元
负责人:
李梓维
依托单位:
学科分类:
A2206.微纳光学与光子学
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
单层过渡金属硫化物为代表的二维半导体材料,具有直接带隙的能带结构、较大的激子束缚能和非等价的能谷特性,在多激子荧光发射、自旋-能谷耦合等方面展现了独特的光物理性质,对新型光电子功能器件应用具有重要意义。但由于超薄的尺寸厚度、有限的光吸收界面和苛刻的谷极化荧光激发条件,二维材料光与物质相互作用增强及有效调控亟待突破和解决。本项目以设计和加工制备手性等离激元纳米结构为解决方案,结合手性等离激元纳米结构特殊的近场模式、电磁场局域束缚增强、热电子掺杂等效应,探究等离激元-激子耦合机制、热电子转移对激子和三激子的影响、超手性电磁场模式对谷极化荧光的调控作用。基于光与物质耦合及调控机制的理解,探索偏振光调控的光子器件及室温操控的谷极化光子器件。借此项目的顺利展开,突破当前二维材料领域的重要科学难题,拓展二维材料在光电子功能器件的应用,提高我国新型光子信息器件研究的国际影响力及原创力。
英文摘要
Monolayer transition metal dichalcogenides are typical two-dimensional (2D) semiconductors with direct band gap, large exciton binding energy and inequivalent valleys, which shows unique light-matter properties involving multi-excitonic photoluminescence (PL) and spin-valley couplings. The development of 2D semiconductors plays a significant role in the applications of functional optoelectronic devices. However, the investigation of 2D materials faces great challenges in enhancing and tailoring the light-matter interactions, due to the limitations of their ultra-thin thickness, small absorption cross-section and harsh excitation conditions of valley polarization PL. This project is intended to design and fabricate chiral plasmonic nanostructure to induce the plasmonic effects, among unique near-field modes, local-confined electromagnetic enhancement and hot electrons doping, helping to study the mechanism of plasmon-exciton coupling, charge transfer induced multi-excitons transform and superchiral modes tailored valley polarization PL. Based on the understanding of mechanism on light-mater interactions and manipulations, the polarized light controlled photonic heterostructures and room-temperature realized valley polaritonic devices are further to be explored. This project not only makes a big breakthrough on the advanced scientific problems of 2D materials, but also expands the research field of novel 2D optoelectronic devices, which would help to increase the international influence power and innovative ability of China in 2D materials research areas.
单层过渡金属硫化物为代表的二维半导体材料,具有直接带隙的能带结构、较大的激子束缚能和非等价的能谷特性,在多激子荧光发射、自旋-能谷耦合等方面展现了独特的光物理性质,对新型光电子功能器件应用具有重要意义。本项目以设计和加工制备手性等离激元纳米结构为解决方案,结合手性等离激元纳米结构特殊的近场模式、电磁场局域束缚增强、热电子掺杂等效应,探究等离激元-激子耦合机制、热电子转移对激子和三激子的影响、超手性电磁场模式对谷极化荧光的调控作用。依托项目已发表SCI论文11篇,其中一区论文9篇;申请中国发明专利5项,已授权3项;培养了博士研究生4人、硕士研究生8人(已毕业3人)。代表性成果如下:.1.新型二维材料与结构的设计和可控制备.本研究团队在分子动力学计算方面揭示了范德华外延生长过程中的分子成核机制,理论计算高度指导实验工作开展。在实验上利用盐辅助低温生长技术、磁力辅助的生长源移动技术和生长源比例调配技术等,降低分子成核生长温度(650-800℃),避免原子合金化;调控前驱体分子种类,实现异质外延方向可控调节;动态调控气体生长源比例或样品基底的生长温区,实现带隙工程的精准调制。相关成果发表在Small, Nano Res., Adv. Opt. Mater.等期刊。.2.二维材料光与物质相互作用调制研究.本研究团队提出了利用等离激元的热电子掺杂实现二维材料物性主动调控的方法。创新性地设计和制备了CsPbBr3/Ag等离子体微激光器,CsPbBr3/Ag微激光器阈值可达35-51μJ cm-2;设计了一种混合超表面,利用具有模式匹配和等离激元法诺共振,显著增强了低维MoS2半导体的SHG。此外申请人还对二维材料偏振光相关的物理机理、光学特性及光电子器件进行综述总结,讨论了偏振光响应的拉曼位移、光吸收、发光和高性能的光电子器件等。相关成果发表在Adv. Funct. Mater., Nano Lett., Research等期刊。.3.新型微纳米光子元器件的研发.申请人研发了实现了量子点/硫化钼异质结制备,揭示了范德华异质结的界面掺杂效应,并利用电荷掺杂实现了高/低光功率工作、性能兼优的超敏光电探测器件。相关成果发表在Nano Res., Opto-Electron. Adv.等期刊。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.34133/2020/5464258
发表时间:2020
期刊:Research (Washington, D.C.)
影响因子:--
作者:Li Z;Xu B;Liang D;Pan A
通讯作者:Pan A
High-performance optoelectronic devices based on van der Waals vertical MoS2/MoSe2 heterostructures
基于范德华垂直MoS2/MoSe2异质结构的高性能光电器件
DOI:10.1007/s12274-020-2743-7
发表时间:2020-04-01
期刊:NANO RESEARCH
影响因子:9.9
作者:Li, Fang;Xu, Boyi;Pan, Anlian
通讯作者:Pan, Anlian
Light-Controlled Near-Field Energy Transfer in Plasmonic Metasurface Coupled MoS2Monolayer
等离子超表面耦合 MoS2 单层中的光控近场能量转移
DOI:10.1002/smll.202003539
发表时间:2020-09-16
期刊:SMALL
影响因子:13.3
作者:Deng, Miaoyi;Li, Ziwei;Fang, Zheyu
通讯作者:Fang, Zheyu
Giant Enhancement of Second-Harmonic Generation in Hybrid Metasurface Coupled MoS(2) with Fano-Resonance Effect.
具有法诺共振效应的混合超表面耦合 MoS2 二次谐波产生的巨大增强
DOI:10.1186/s11671-022-03736-x
发表时间:2022-10-04
期刊:Nanoscale research letters
影响因子:--
作者:
通讯作者:
Creating Unidirectional Fast Ion Diffusion Channels in G/NiS2-MoS2 Heterostructures for High‐Performance Sodium‐Ion Batteries
在高性能钠离子电池的 G/NiS2-MoS2 异质结构中创建单向快速离子扩散通道
DOI:10.1002/smll.202200782
发表时间:2022
期刊:Small
影响因子:13.3
作者:Jianhua Huang;Yongsheng Yao;Ming Huang;Yufei Zhang;Yunfei Xie;Mingliang Li;Liuli Yang;Xiaolin Wei;Ziwei Li
通讯作者:Ziwei Li
范德华异质结中长寿命的层间谷激子及谷量子输运器件
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    59万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    李梓维
  • 依托单位:
等离激元调制的硒化钼超低能耗类视网膜光电器件
  • 批准号:
    92163135
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    64万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    李梓维
  • 依托单位:
二维材料光与物质相互作用的增强与调控
  • 批准号:
    2019JJ30004
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    李梓维
  • 依托单位:
国内基金
海外基金