近期，中國科學院上海光學精密機械研究所空天激光技術(shù)與系統(tǒng)部王俊研究員團隊，在層狀AgInP2S6納米片非線性光學行為和超快載流子動力學方面取得進展，相關(guān)成果以“Microscopic nonlinear optical activities and ultrafast carrier dynamics in layered AgInP2S6”為題發(fā)表于Photonics Research。

以石墨烯、過渡金屬硫化物和黑磷為代表的二維材料，由于其獨特的物理化學性質(zhì)，在推動基礎(chǔ)物理學和光電設(shè)備發(fā)展方面具有關(guān)鍵作用，引發(fā)了研究人員的濃厚興趣。然而，這些材料也有其局限性，如帶隙較小和環(huán)境穩(wěn)定性差等。因此，開發(fā)具有大帶隙、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的二維材料將有利于其在更寬波長范圍內(nèi)的應(yīng)用。AgInP2S6是過渡金屬磷三硫族化合物（MPX3）家族中的一員，其較大的帶隙結(jié)構(gòu)使其構(gòu)成的二維材料光電應(yīng)用范圍擴展到紫外和可見光波段。

研究團隊采用化學氣相傳輸和機械剝離法制備了一系列不同厚度的 AgInP2S6納米片。通過一系列表征技術(shù)和第一原理計算確定了樣品的晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)。利用顯微Z/I掃描裝置研究了樣品的三階非線性光學特性，研究表明AgInP2S6納米片在520 nm激發(fā)下的雙光子吸收系數(shù)比1040 nm大一個數(shù)量級，飽和強度小一個數(shù)量級，更容易在可見光范圍內(nèi)達到飽和。利用顯微泵浦探測裝置和熒光光譜分析了超快載流子動力學過程，AgInP2S6納米片首先表現(xiàn)出激光誘導(dǎo)吸收過程，隨后是載流子弛豫過程，包括非輻射復(fù)合和缺陷能級輔助復(fù)合。線性、非線性光學以及超快載流子動力學過程的詳細研究將為探索和開發(fā)基于AgInP2S6的光子器件提供參考。

該工作得到了國家自然科學基金委、上海市科委等項目的支持。

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圖1 （a）在石英基底上剝離的不同厚度AgInP2S6納米片的光學圖像。（b）顯微Z/I掃描裝置示意圖。（c）顯微泵浦探測裝置示意圖。

圖1 AgInP2S6納米片分別在（a）520 nm和（b）1040 nm飛秒脈沖激發(fā)下的顯微強度掃描結(jié)果。（c）443.74 nm和（d）102.95 nm AgInP2S6納米片在不同泵浦強度下的載流子弛豫過程。