检索结果-南通市图书馆

作者：杨丹西北大学

学位级别：硕士

相比于块体材料,二维材料如石墨烯、黑磷、金属硫族化合物A B (A=Sb,Bi;B=S,Se,Te)、过渡金属硫族化合物AB(A=Mo,W;B=S,Se,Te)等具有大的开关比和大的比表面积等,在光电化学、光催化、光伏电池、电化学储氢和非线性光学器件等领域被广... 详细信息

相比于块体材料,二维材料如石墨烯、黑磷、金属硫族化合物A B (A=Sb,Bi;B=S,Se,Te)、过渡金属硫族化合物AB(A=Mo,W;B=S,Se,Te)等具有大的开关比和大的比表面积等,在光电化学、光催化、光伏电池、电化学储氢和非线性光学器件等领域被广泛应用。作为典型的金属硫族化合物,由于具有较大的玻尔激子半径,硫化铋(BiS)容易产生强的量子限域效应,其纳米颗粒常被掺入硼硅酸钠玻璃中以提高玻璃的非线性吸收性能。BiS材料在非线性光学器件等方面有较大的应用前景,然而BiS在非线性光学领域的研究很少,非线性参数的缺乏极大地限制了BiS材料在非线性光学器件方面的应用。BiS材料非线性吸收特性的研究为其在非线性领域的发展奠定了基础,也为研究基于该材料的范德瓦尔斯异质结的非线性光学过程提供了对比。在总结二维材料的非线性吸收特性研究进展的基础上,本论文首先研究了薄膜厚度和泵浦光强对BiS薄膜非线性吸收特性的影响;进而在相同厚度和泵浦光强下研究纳米片尺寸对BiS薄膜和BiS溶液非线性吸收特性的影响;最后通过构建Ⅲ-型范德瓦尔斯异质结硫化铋/二硫化钼(BiS/MoS)进一步提高了BiS薄膜的非线性吸收性能。主要包括以下内容:(1)薄膜厚度和泵浦光强对BiS薄膜非线性吸收特性的影响。利用液相剥离技术,通过精确地控制上清液的抽滤体积制备出了一组不同厚度的BiS薄膜,并依据原子力显微图像判断其厚度。使用开孔Z扫描系统,对BiS薄膜进行测试,观察到薄膜厚度在40 nm以下时,BiS薄膜的饱和吸收响应随厚度的增加而增强;薄膜厚度大于40 nm时,BiS薄膜的饱和吸收响应随厚度的增加而减弱。厚度依赖特性与层间耦合作用和光与物质相互作用的强度相关。BiS薄膜的非线性吸收响应随着泵浦光强的增大呈现增强的趋势,这与非线性吸收过程中电子数目增多有关。这部分内容在薄膜厚度和泵浦光强的选择上,为基于BiS薄膜的非线性光学器件设计提供了指导,也为其他材料非线性吸收性能变化的机理解释提供了实例参考。(2)尺寸对BiS薄膜和溶液的非线性吸收特性的影响。通过控制离心转速制备纳米片尺寸为100 nm-600 nm的BiS溶液,然后利用真空抽滤技术制备厚度相同但纳米片尺寸不同的BiS薄膜。在BiS溶液和薄膜中,随着纳米片尺寸的减小,均呈现出从饱和吸收响应向反饱和吸收响应转变的趋势,这与BiS纳米片的边缘处缺陷导致的双光子吸收有关。该研究结果为基于BiS的非线性光学器件设计在纳米片尺寸的选择上提供了依据,反饱和吸收的出现为BiS材料在激光防护、光限幅等领域的应用奠定基础。(3)BiS/MoS异质结薄膜的非线性吸收特性研究。通过对BiS和MoS的混合上清液(以体积比1:1混合)进行真空抽滤,制备出了BiS/MoS薄膜。X射线光电子能谱和紫外-可见吸收光谱的结果表明BiS/MoS为Ⅲ-型异质结。Z扫描实验结果显示,构建的BiS/MoS薄膜的非线性吸收系数是BiS薄膜的二倍。非线性吸收特性的增强来源于BiS/MoS异质结中的层间电荷转移,其转移方向与Ⅲ-型异质结中特有的内建电场的方向密切相关。该部分内容为进一步提高材料的非线性吸收特性提供了一种可靠的途径,机理分析部分为Ⅲ-型异质结光学性能增强的解释提供了理论参考。这部分工作已经发表在Applied Surface Science(二区)上。

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贵金属（Pd，Pt）二硒化物薄膜太赫兹波发射特性研究

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作者：王赫西北大学

学位级别：硕士

二维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides,TMDs)展现出丰富的物理和化学性质,进而被广泛应用于电子学、光电子学以及自旋电子学等领域。近期基于贵金属(Pd,Pt)的TMDs材料由于其d轨道几乎完全被占据的特点,表现出强烈... 详细信息

二维过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides,TMDs)展现出丰富的物理和化学性质,进而被广泛应用于电子学、光电子学以及自旋电子学等领域。近期基于贵金属(Pd,Pt)的TMDs材料由于其d轨道几乎完全被占据的特点,表现出强烈的层数依赖性质以及层间相互作用。其中二硒化钯(palladium selenide,PdSe)由于褶皱的五边形结构展现出独特的各向异性响应,成为实现偏振敏感器件的优良光电材料。二硒化铂(platinum selenide,PtSe)也凭借其可调带隙、出众的空气稳定性以及较高的电子迁移率等性质受到科研人员的广泛关注。这些性质,也是构建太赫兹(Terahertz,THz)波段器件的关键。随着太赫兹科学的快速发展,寻求优质的太赫兹辐射源和功能器件成为一个亟需解决的问题。太赫兹发射光谱为找寻稳定、高效率的太赫兹辐射源创造了理想平台,也为研究样品表界面性质提供了有效工具。基于此,本论文以PdSe和PtSe薄膜为研究对象,利用自主搭建的透射式太赫兹发射光谱对其太赫兹发射特性进行实验表征和理论分析。研究结果不但将PdSe和PtSe薄膜的光电性质研究拓宽到太赫兹波段,也为基于二维材料的太赫兹发射器件提供了理论基础。本文的主要内容与创新点如下:(1)PdSe薄膜太赫兹发射特性研究。利用太赫兹发射光谱,详细地研究了多层PdSe薄膜的各向异性太赫兹发射特性,并证明各向异性起源于面内低对称性的褶皱结构导致的非对称极化。通过改变泵浦光通量证明了表面耗尽场(surface depletion field,SDF)的主导作用,揭示了PdSe薄膜表面由于费米钉扎效应形成表面电场的过程,证明了太赫兹发射光谱是研究二维层状半导体表面特性的有利工具。泵浦光偏振角依赖性证明PdSe薄膜太赫兹发射过程有两种效应并存,分别为表面耗尽场效应和共振光整流效应(resonant optical rectification),且在斜入射下贡献比为7:3。本工作的意义为在微观上解释了PdSe薄膜各向异性太赫兹发射的起源,为实现基于PdSe的偏振太赫兹器件奠定理论基础。该部分内容已经发表在ACS Applied Materials&Interfaces上。(2)PtSe薄膜太赫兹发射特性研究。PtSe展现出层数依赖的半导体-金属转变过程,多层的PtSe薄膜具有金属性。本工作对金属性多层PtSe薄膜的太赫兹发射特性进行表征,结果显示:多层PtSe薄膜的太赫兹辐射显示出面内各向同性,且随泵浦光功率线性增长;样品在正反面激发下产生的太赫兹辐射反向,显示出波矢依赖性。由于空间反演对称性的存在,非共振光整流过程与共振光整流过程不会发生,此外样品金属性的特性不会产生表面耗尽场。综合以上分析认为多层PtSe薄膜的太赫兹发射过程由光牵引效应(photon drag effect,PDE)主导。随后通过理论推导进一步证明了该太赫兹发射过程主要由光牵引效应决定。本工作首次研究了PtSe薄膜的太赫兹发射特性,丰富了光牵引效应的研究,并为基于PtSe薄膜的太赫兹功能器件提供了理论及实验基础。

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二维过渡金属硫族化合物MoS2和WSe2的光电特性研究

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作者：司珂瑜西北大学

学位级别：硕士

以石墨烯(graphene)和二维层状硫族化合物(transitional metal dichalcogenides,TMDs)为代表的二维层状纳米材料已经在光电子器件、半导体光电化学和太赫兹(terahertz,THz)光电子学等领域表现出了优良的性能和广阔的应用前景。作为两种... 详细信息

以石墨烯(graphene)和二维层状硫族化合物(transitional metal dichalcogenides,TMDs)为代表的二维层状纳米材料已经在光电子器件、半导体光电化学和太赫兹(terahertz,THz)光电子学等领域表现出了优良的性能和广阔的应用前景。作为两种典型的TMDs类材料,MoS和WSe凭借其可调控的带隙和在可见光至红外波段的光谱响应以及超快瞬态THz电导率,在光电子器件、光电化学(photoelectrochemistry,PEC)和THz光谱学等方面具有潜在的应用价值。本论文围绕MoS和WSe两种TMDs及MoS/WSe异质结的制备和光电化学响应性能,以及WSe材料的THz发射特性,主要从以下四个方面开展了研究:(1)利用液相剥离(liquid phase exfoliation,LPE)法和真空抽滤转移法,我们制备了二维MoS薄膜光电极。在课题组前期对MoS的PEC光电响应特性研究的基础上,我们利用退火煅烧的手段对MoS的光电响应特性作出调控。通过PEC测试手段,我们对经退火处理和未退火处理的样品PEC光电响应的差异进行了观察比较。然后,我们通过X射线衍射光谱(X-ray diffraction,XRD)、拉曼(Raman)光谱、可见-近红外吸收光谱和电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)等表征测试手段对光电响应增强的内在机理作出了合理的解释。我们的工作为提高太阳能电池、光催化和光敏器件等PEC应用中MoS及其它TMDs光电极的性能提供了一条简单而廉价的途径。相关的工作发表在Ceramics International期刊上。(2)我们基于LPE法和真空抽滤转移法制备了二维层状WSe光电阳极。在课题组前期对其它TMDs材料PEC光电响应性能调控方法研究的基础上,通过控制抽滤过程中WSe分散液的体积来控制薄膜光电极的厚度,从而有效地调控样品的光电响应性能。XRD、Raman光谱和吸收光谱证明了厚度与抽滤体积的依赖关系,而PEC测试表征(J-V和J-t曲线)证明了光电响应与样品厚度的依赖关系。通过EIS和莫特-肖特基(Mott-Schottky,M-S)测试,我们对光电响应提升的内在机理有了合理的解释。本工作为如何提高WSe以及其它二维材料光电极的光电响应特性提供了一条切实可行的思路。(3)由于已有的增强PEC光电响应的手段具有局限性,故我们结合LPE法和真空抽滤转移法制备了MoS/WSe异质结光电阳极,并希望通过构建异质结构的手段来提高单一材料光电极的光电响应性能。我们通过透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)图像、XRD和Raman光谱观察到异质结构的形成。然后,我们通过X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)研究了异质结材料的化学成分,并证明了异质结的形成。根据PEC测试,我们可以观察MoS/WSe异质结具有增强的光电响应性能。此外,EIS和Mott-Schottky测试有力地证明了异质结形成之后载流子的复合被抑制,电极/电解液界面处的低阻抗以及较高的载流子输运性能是光电阳极PEC光电响应性能提升的原因。再者,能带排列结构和载流子转移模型的建立能够帮助解释光生载流子行为,并为PEC光电性能增强的机制提供了理论依据。我们的研究结果为MoS/WSe异质结光电阳极及基于其它TMDs材料的异质结的制备奠定了基础,为提高PEC应用中电极的光电性能提供参考。(4)THz产生光谱不仅可以帮助我们理解超快激光与WSe的相互作用,还可以帮助我们找到一种基于TMDs的新型THz辐射源。因此,基于课题组前期对其它TMDs材料的THz发射特性的研究,我们利用THz发射光谱对单层和块体WSe的THz发射进行了研究。由于波长为800 nm的飞秒激光的单光子能量不足以将带隙较宽的单层WSe激发出THz辐射,故我们的工作重心转移到块体WSe的THz辐射产生上。通过多种变量依赖的THz产生实验和理论分析,我们得出WSe中THz辐射产生的主要机理是基于表面耗尽场对光生载流子加速而产生瞬态光电流的表面场效应。其中,由于光生载流子在样品表面的累积而导致的屏蔽作用,THz辐射信号随泵浦能量密度的增加呈现出饱和效应。另外,通过分析THz产生光谱和Raman光谱,我们确定了块体WSe晶体的激光损伤阈值约为3.11 mJ/cm。最后,我们分析了表面耗尽场的形成过程,并且我们计算出它的场强约为5.256×10 V?m,且其宽度约为115 nm。我们的结果为研究超快激光与层状WSe的相互作用提供了依据,为研制基于TMDs材料表面场效应的新型THz辐射源奠定了基础。相关的工作发表

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MoTe2及MoTe2/MoS2异质结薄膜的非线性光学性质研究

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作者：权晨菁西北大学

学位级别：硕士

二碲化钼(MoTe)和二硫化钼(MoS)作为典型的过渡金属硫族化合物(TMDs),其带隙可调性与层间耦合特性等对于光开关、光限幅器、光电逻辑器件等的研究与应用具有重要意义。TMDs类二维材料的非线性光学特性的研究对于进一步发展非线性光学器... 详细信息

二碲化钼(MoTe)和二硫化钼(MoS)作为典型的过渡金属硫族化合物(TMDs),其带隙可调性与层间耦合特性等对于光开关、光限幅器、光电逻辑器件等的研究与应用具有重要意义。TMDs类二维材料的非线性光学特性的研究对于进一步发展非线性光学器件也显得尤为重要。本文主要使用自主搭建的开孔Z扫描技术,探究了MoTe纳米薄膜与MoTe/MoS异质结薄膜的非线性吸收特性。相关的研究结果表明MoTe可以作为基于非线性响应的光学逻辑器件的重要材料,而MoTe/MoS异质结薄膜为发展II型异质结构型非线性材料铺平了道路,可作为在激光锁模和调Q等非线性光学器件中的重要选择。本毕业论文的具体工作如下:(1)Z扫描系统的搭建。基于Z扫描理论自主设计并搭建了基于1 kHz,800 nm飞秒激光的开孔Z扫描系统,并对该光路进行了准直与优化,对标准样品二硫化碳(CS)的非线性吸收进行了测量,测量结果与文献报道的结果相一致,从而确保了我们搭建的Z扫描系统测量结果的准确性。(2)MoTe纳米薄膜的制备与非线性吸收系数的测量。利用液相剥离法结合真空抽滤方法得到不同厚度的MoTe纳米薄膜。利用扫描电子显微镜,原子力显微镜,紫外-可见光吸收光谱和拉曼光谱等表征了MoTe纳米薄膜。使用开孔Z扫描系统测量了这些薄膜的非线性吸收系数。结果表明随着泵浦功率的提高,MoTe纳米薄膜表现出饱和吸收向反饱和吸收转化。我们采用四能级模型分析了基态与激发态吸收之间的竞争过程,结果表明两种吸收模式共存的现象不仅取决于泵浦强度,还取决于吸收截面和能级之间的跃迁几率。这种特性可用于全光逻辑门、限光器、光存储器等。这部分工作成果已经发表在Applied Surface Science(二区)上。(3)MoTe/MoS异质结薄膜的制备与非线性吸收系数的测量。我们使用液相剥离法结合真空抽滤的方法得到不同厚度的MoTe/MoS异质结薄膜。利用X射线光电子能谱结合可见-红外吸收光谱,我们研究了MoTe/MoS的能带排列(band alignment),研究发现该异质结属于II型异质结构。Z扫描测量结果表明,在相同激发条件下,相比于单独的MoTe与MoS纳米薄膜,MoTe/MoS异质结薄膜显示出更强的饱和吸收特性。结合能级速率方程与Runge-Kutta算法,我们的研究结果表明MoTe/MoS异质结薄膜非线性光学饱和吸收增强的主要因素归结为以下几点:基态吸收截面大于激发态吸收截面,同时存在层间载流子跃迁以及异质结中的低电子-空穴复合率和窄带隙特性。第一性原理计算进一步证明MoTe与MoS之间存在层间载流子转移效应。MoTe/MoS异质结薄膜增强的饱和吸收特性可用于激光锁模和调Q等非线性光学器件中,同时II型异质结构为光学调制器,超快激光锁模器以及饱和吸收器的发展奠定了基础。这部分的研究成果已经发表在Advanced Materials Interfaces(二区)上。

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二维层状材料MoS2的制备及其光电特性研究

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作者：闫现丁西北大学

学位级别：硕士

随着以石墨烯为代表的二维层状纳米材料研究的深入,类石墨烯材料,例如MoS等过渡金属硫化物的研究也逐渐被广泛关注,鉴于MoS能带结构的特殊性,其在能源、光电子器件等方面具有潜在的应用前景。本文主要从以下五个方面展开MoS制备及光电... 详细信息

随着以石墨烯为代表的二维层状纳米材料研究的深入,类石墨烯材料,例如MoS等过渡金属硫化物的研究也逐渐被广泛关注,鉴于MoS能带结构的特殊性,其在能源、光电子器件等方面具有潜在的应用前景。本文主要从以下五个方面展开MoS制备及光电特性研究。(1)总结了二维层状纳米材料、太赫兹时域光谱系统以及椭偏光谱系统的发展与应用。从二维层状纳米材料的发展历史与研究现状出发,由石墨烯的能带结构限制了其在光电器件中的应用,引出过渡金属硫化物MoS,并对MoS的结构、性能等进行了归纳与总结。(2)研究了MoS在太赫兹与可见光波段的介电响应。鉴于光电子元器件的工作频率正由GHz向THz迈进,同时可见光波段的光电器件需求正逐步增加,我们通过太赫兹时域光谱系统与椭偏光谱系统对块状MoS晶体在太赫兹与可见光波段的介电响应、吸收系数、折射率等光学参数进行了详细的讨论与分析,并通过Lorentz模型、Drude模型对块状MoS晶体在太赫兹与可见光波段的介电响应进行模型拟合,解释了响应内部的物理机制。相关的研究进一步推动了MoS在太赫兹与可见光波段的光电子元器件上的应用。(3)讨论了多种制备单层MoS的方法。为了探究单层MoS的制备方法,我们尝试使用Scotch胶带机械剥离块状MoS晶体制备单层MoS,物理气相沉积法制备单层MoS,液相剥离法制备MoS薄膜等多种方法,并在文中作了详细的探讨与分析。借助光学显微镜、拉曼、SEM等表征方式研究了各种MoS制备方法所制备样品的质量,并根据样品的质量对实验参数进行不断的优化调整进而得到大面积、高质量的单层MoS制备方法。(4)由MoS能带结构我们知道,薄层MoS与块状MoS晶体相比,具有不同的光电特性,在光电子元器件中应用的一般为薄层MoS,我们借助太赫兹时域光谱系统对液相剥离法制备的不同厚度的MoS薄膜进行了太赫兹响应的分析,并求出了MoS薄膜在太赫兹波段的薄层电导。(5)研究了MoS薄膜的光电化学性能。从半导体光电极的光电响应原理着手,对基于MoS薄膜的光电极制备、光电流的测量等进行了详细的研究与分析,阐述了MoS光电化学响应的过程与原理,并给出了提高MoS薄膜光电响应的研究思路。

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我国省域文化资本对旅游经济效率的影响

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作者：孙潮湖南师范大学

学位级别：硕士

随着国民财富的积累和人们消费观念的转变,我国旅游业迅猛发展,规模与日俱增,但是低质低效问题仍然较为突出。当前国民经济处于换挡期,人民精神文化需求不断升级,旅游需求更加注重文化体验,旅游业难以应对一系列复杂变化。因此,加快文... 详细信息

随着国民财富的积累和人们消费观念的转变,我国旅游业迅猛发展,规模与日俱增,但是低质低效问题仍然较为突出。当前国民经济处于换挡期,人民精神文化需求不断升级,旅游需求更加注重文化体验,旅游业难以应对一系列复杂变化。因此,加快文化资源与旅游资源的深度融合,打造旅游业精品工程,是解决当前旅游业低质低效问题,使其摆脱发展瓶颈的有效举措。当然,在市场经济下,文化资源只有转换为文化资本,才能够更好地与旅游产业融合,才能够真正创造“旅游经济”。对此,本文将文化资本的概念纳入旅游经济效率的研究框架内,试图探索更可行、更高效的文化与旅游产业融合发展之路。本文梳理相关文献成果,详细阐述了文化资本和旅游经济等概念的基本内涵,同时还参考与学习了国内外学者关于文化资本、旅游经济效率的评价指标体系和测量模型,以我国31个省份作为实证分析对象,逐一地计算出其文化资本存量和旅游经济效率值。然后,将旅游经济效率作为被解释变量,将文化资本作为解释变量,选取控制变量构建模型,重点考察与探讨了文化资本对旅游经济效率的独立效应与交互效应,具体分析了有形和无形文化资本对旅游经济效率的独立效应和交互效应。本文得出了如下研究结论:2009—2018年间我国东中西部三大区域的文化资本存量和旅游经济效率水平均存在明显的不均衡现象,且区域差异呈现扩大趋势;文化资本以及有形文化资本与旅游经济效率的独立效应和交互效应均呈显著的正相关性;而无形文化资本对旅游经济效率的独立效应呈不显著正相关性,其交互效应则呈不显著负相关性;另外,相较于无形文化资本而言,有形文化资本与旅游经济效率的关系更为密切,对其的影响更为显著。最后,围绕上述分析结果,本文从平衡文化资本存量、促进文旅产业融合以及提高旅游经济效率水平等方面,提出了一些可供参考的建议。

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Bi2X3(X=S,Se,Te)及其异质结的光电特性研究

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作者：罗铭威西北大学

学位级别：硕士

二维窄带隙半导体材料具有丰富的边缘活性位点和较宽的光谱吸收范围(覆盖紫外-近红外光波段)以及高的载流子迁移率。在作为新一代光电功能材料在光电器件方面有着很大的应用前景,如光电探测器、太阳能电池和光电催化电极等。BiSe和BiTe... 详细信息

二维窄带隙半导体材料具有丰富的边缘活性位点和较宽的光谱吸收范围(覆盖紫外-近红外光波段)以及高的载流子迁移率。在作为新一代光电功能材料在光电器件方面有着很大的应用前景,如光电探测器、太阳能电池和光电催化电极等。BiSe和BiTe作为典型的窄带隙(0.3-1.0 eV)半导体,具有强的光与物质相互作用、较高的导电性和较大的比表面积。此外,BiSe和BiTe还是典型的拓扑绝缘体,表面为由狄拉克方程决定的费米子,具有自旋-动量锁定,而体内是具有带隙的绝缘体。然而,单一的BiSe和BiTe由于界面上电子-空穴对的快速复合,导致其光电性能受到了较大的限制。因此,如何提高基于这些二维材料构建的光电器件的性能,是一个急需解决的问题。本文围绕着如何提高电子-空穴对在界面处的分离和传输的过程进行研究,并提出构建异质结来解决单一材料电子-空穴对分离速率慢和复合率高的问题。不仅实现了高响应、高灵敏的光电探测,而且提高了光电催化产氢效率。本文主要的研究内容和创新成果如下:(1)SnS/BiX(X=Se,Te)异质结的制备及其光电探测性能的研究构建不同类型的异质结构能够在界面处实现对载流子传输过程的调控。本章节利用物理气相沉积法(Physical vapor deposition,PVD)和化学气相沉积法(Chemical vapor deposition,CVD)制备了SnS/BiX(X=Se,Te)范德瓦尔斯异质结。结合紫外-可见光谱和光电子能谱分析确定了SnS/BiSe属于Ⅰ型能带排列方式,SnS/BiTe属于Ⅱ型能带排列方式。利用传统的三电极系统对构建的SnS/BiX光电化学型光电探测器进行了测试。研究结果表明,Ⅰ型SnS/BiSe和Ⅱ型SnS/BiTe异质结的光电流密度和电流光谱响应度均比SnS、BiSe和BiTe大一个数量级以上。这种性能的提高主要源于光吸收效率的提升和载流子在异质结界面处的有效分离。该工作通过对Ⅰ型和Ⅱ型异质结的设计,为开发高性能光电探测器及其他光电器件提供了新的思路。这部分工作已经发表在Science China-Materials上。(2)BiTe/BiSe/BiS级联异质结的制备及其光电探测性能的研究二维材料构建的异质结构,被广泛应用于光电探测、光电催化等光电研究领域。然而简单的两层异质结构对于光电性能的提升有限,更高的光电性能对于新型光电探测器的应用具有重要的研究意义。本章节采用CVD和PVD相结合的方法成功合成了BiTe/BiSe/BiS范德瓦尔斯级联异质结。结合紫外-可见光谱和光电子能谱分析确定了BiTe/BiSe/BiS级联异质结的能带排布。实验表明,BiTe/BiSe/BiS级联异质结的光电流密度(2.2 mA/cm)约为BiTe的169倍,约为BiSe的122倍,约为BiS的18倍。相较于BiX/BiX(X=S,Te,Se)异质结而言,BiTe/BiSe/BiS级联异质结的光电响应也得到很大的提升,约为BiTe/BiSe异质结的8.5倍,约为BiSe/BiS异质结的2.2倍,约为BiTe/BiS异质结的1.4倍。该工作为开发基于范德瓦尔斯级联异质结的高性能光电探测器及其他光电器件提供了新的思路和方法。(3)BiX(X=S,Te,Se)及其异质结在光电催化产氢中的研究在BiTe/BiSe/BiS级联异质结光电探测性能的研究过程中,我们发现三层级联范德瓦尔斯异质结的构建能够极大地提升光电转换效率。基于此,我们将构建的BiX(X=S,Te,Se)及其异质结拓展到光电催化产氢的研究中。光电催化产氢的效率受很多因素的影响,我们分别在不同波段和不同外置偏压以及有无牺牲剂的条件下进行了光电催化产氢的测试。研究结果表明,BiTe/BiSe/BiS级联异质结表现出极强的光电催化性能,在3小时内可以稳定地产生1.25 mmol/cm氢气。相较于BiX(X=S,Se,Te)和BiX/BiX(X=S,Te,Se)异质结,其光电产氢性能也得到了很大提升。此外,对BiTe/BiSe/BiS级联异质结光催化产氢、电催化产氢和光电催化产氢的测量,验证了光照和电压对于催化产氢性能的提升有着协同作用。该工作为通过构建三层级联异质结来提高光电催化性能提供了思路和理论参考。

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微纳结构中的Fano共振和结构色特性研究

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作者：王倩西北大学

学位级别：硕士

当材料的尺寸进入微纳尺度后,所形成的微纳结构处于微观分子和宏观物质的过渡区域,出现很多新奇效应,例如,表面效应、局域场效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。这些效应使得微纳材料表现出特异的力、热、光、电、磁特性。对于微... 详细信息

当材料的尺寸进入微纳尺度后,所形成的微纳结构处于微观分子和宏观物质的过渡区域,出现很多新奇效应,例如,表面效应、局域场效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。这些效应使得微纳材料表现出特异的力、热、光、电、磁特性。对于微纳材料新奇特性的研究,是光物理研究的重要方向之一,同时也进一步促进了微纳材料的发展。微纳材料根据形成方式的不同,可以分为两类,一类为人工结构材料,例如通过光刻的方式制备的超材料（metamaterials）以及光子晶体（photonic crystal）等。这些人工材料中存在一类新的共振形式,叫做Fano共振。另一类为,自然界中存在的天然结构材料,它们在微观上具有周期性结构,引起特异的光电性质,例如某些蝴蝶的翅膀、孔雀羽毛的颜色等,其颜色不是体内化合物所引起的,称为结构色。本文主要研究了微纳结构的人工材料中Fano共振效应和自然材料中蝴蝶翅膀所存在具有虹彩效应的结构色。本文主要从以下五个方面展开了研究。第一章,介绍了金属表面等离子体、超材料、Fano共振、颜色和结构色的概念,概述了这些研究方向的背景知识和主要研究进展。第二章,针对微纳人工结构中观察到的Fano共振,采用MATLAB软件进行理论计算和拟合,对Fano共振和Lorentz共振之间的参数关系和互相转换做了分析研究,揭示出Fano共振的频率和线宽跟Lorentz振子的耦合系数之间的关系。当Lorentz振子的本征频率发生变化时,Fano参数也发生明显的转换。研究结果表明通过在超材料和金属纳米材料中对Lorentz共振的设计可以实现控制Fano共振的产生,相关的研究成果已在 Optical and Quantum Electronics 发表。第三章,提出基于金属银材料的月牙椭圆盘结构（Nano-crescent elliptical disk,NCED）模型,采用商用软件COMSOL进行模拟,观察到局域电场增强的多极Fano共振。研究椭圆结构几何尺寸和周围介电常数的改变对多极Fano共振的影响。对模拟结果进行分析和拟合,结果显示多极模式的局域电场增强因子与椭圆盘的短轴和结构的环境折射率成线性函数关系。多极Fano共振的研究进一步促进了多极Fano共振的模拟、非线性光学响应、生物化学传感和光子器件的发展,相关的研究成果已经撰写成文,已投EPL。第四章,选取绿带翠凤蝶为测量样品,研究了其闪亮后翅结构色的产生机理和偏振特性。借助电子扫描电镜和宏观变角度测量系统,对它的虹彩色进行光谱测量,结构分析和理论计算,讨论了蝴蝶翅膀中微纳结构的反射、偏振和传感特性。相关的研究为基于自然界结构材料的仿生和传感应用提供了技术平台。第五章,总结了我们在微纳材料中Fano共振理论计算、多极Fano共振模拟和蝴蝶翅膀结构色测量方面所取得的研究成果,并展望了在这些成果基础上可能进一步开展的研究工作。

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XSe2(X=Re,W)的太赫兹辐射特性与机理研究

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作者：常佳伟西北大学

学位级别：硕士

二硒化铼(rhenium diselenide,Re Se),二硒化钨(tungsten diselenide,WSe)作为过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides,TMDs)的典型成员,表现出优异的光学和电学性质,例如层数依赖的光致发光和能带结构。与传统半导体材... 详细信息

二硒化铼(rhenium diselenide,Re Se),二硒化钨(tungsten diselenide,WSe)作为过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenides,TMDs)的典型成员,表现出优异的光学和电学性质,例如层数依赖的光致发光和能带结构。与传统半导体材料相比,Re Se和WSe凭借带隙的可调性和宽光谱响应,在探测器、光电二极管等光电器件中被广泛研究。二维(two-dimensional,2D)层状材料的表面或界面为许多物理化学过程提供了平台,例如空间电荷的转移,化学键的形成等,因此研究二维层状材料表界面的物理特性对光电器件的研究与设计至关重要。太赫兹(terahertz,THz)光谱作为一种测量表征技术,具有灵敏、无损以及超快时间分辨的特征,通过太赫兹波的偏振、极性等特性进而表征二维材料非线性特性、载流子输运特性等。本论文工作主要以Re Se和WSe的太赫兹发射光谱展开,对其表面光物理特性和太赫兹波的偏振态调控进行了研究。主要工作和创新点如下:1.线偏振光激发层状二硒化铼薄膜的太赫兹波辐射特性研究采用中心波长为800 nm的锁模钛蓝宝石激光器作为泵浦源和透射型太赫兹波辐射光谱系统,首次研究了层状Re Se薄膜的太赫兹波辐射特性。我们通过测量太赫兹波振幅随泵浦光偏振角、入射角以及样品的方位角的依赖性,证明了Re Se薄膜产生的太赫兹波辐射的主要机制是光致电流效应(photogalvanic effect,PGE)引起的移位电流(shift current)。此外,Re Se薄膜显示出各向异性的太赫兹波辐射,这是由于平行于b轴(Re链)和a轴的移位电流不同导致的。通过计算发现,沿a轴和Re链的移位电流对太赫兹波辐射的贡献比为1:2。这项工作为各向异性二维材料的非线性研究和各向异性太赫兹波辐射源的研究奠定了基础。该工作已经撰写完毕并在修改过程中。2.线偏振光激发层状二硒化钨薄膜的太赫兹波辐射特性及调控研究与Re Se相比,WSe表现出具有独特的椭圆偏振的太赫兹波辐射特性。研究结果表明WSe可以产生两个相干正交的太赫兹波分量,其辐射机制是由光致电流效应和表面耗尽场(surface depletion field)共同主导的,它们的贡献比例分别为61.2%和38.8%。并且通过进一步计算得到层状WSe薄膜的耗尽电场大小约为1.44×10 V/m。由于两个正交的太赫兹波分量的振幅和相位差可以通过泵浦光偏振角和样品方位角调谐,因此可以进一步调控太赫兹波的偏振态。在时域和频域中分别对太赫兹波的椭圆率进行了计算和拟合,发现在时域中太赫兹波可以从线偏振态(椭圆率χ=0)调控到椭圆偏振态(χ=0.65)。在中心频率(0.52 THz)处,太赫兹波的椭圆率几乎可以被调控到圆偏振态(χ=0.95)。其产生的原因主要分为两点:首先,漂移电流(drift current)只贡献于太赫兹波水平分量,这将使太赫兹波水平分量携带一个固定的相位信息。其次,在改变入射光偏振态时,入射光相位不断发生变化,导致产生的移位电流的相位发生变化。这项工作为基于二维材料的可调控椭圆偏振太赫兹波发射特性提供了新的思路,相关结果已在期刊The Journal of Physical Chemistry Letters上发表。3.圆偏振光激发层状二硒化钨薄膜的太赫兹波辐射特性对称性破缺的二维材料中常常引起自旋-轨道耦合(spin-orbit coupling,SOC),进而可以导致不同类型的自旋分裂。为进一步研究WSe薄膜的自旋物理特性,本工作通过透射型圆偏振太赫兹波发射光谱系统研究了层状WSe的椭圆太赫兹波辐射机理。由于奇数层WSe结构的对称性破缺,其结构具有D点群,因此自旋-轨道耦合引起WSe的价带顶发生分裂,其价带分裂能为517 me V。虽然WSe具有较强的自旋-轨道耦合,但在太赫兹波辐射过程中并没有观察到注入电流(injection current)。通过理论计算推导了圆偏振光激发下的太赫兹波辐射过程是由移位电流主导的。此外,在左旋圆偏振光和右旋圆偏振光激发下,太赫兹波的椭圆率分别为0.21和0.40。这一工作不仅提出了具有强自旋-轨道耦合的TMDs在圆偏振光激发下也能产生移位电流的方法,并且实现了椭圆太赫兹波的全光调控。

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二维层状纳米材料MoS2、Bi2S3的制备及其光电性能的研究

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作者：郭耀徽西北大学

学位级别：硕士

二维层状纳米材料,例如石墨烯、二维层状硫族化合物等在电子器件、光子器件、光催化、光电传感、太阳能电池等领域都展现了优良的性能。作为二维层状硫族化合物中两个典型材料,MoS和BiS的带隙在可见和红外之间,对太阳光响应灵敏,因而在... 详细信息

二维层状纳米材料,例如石墨烯、二维层状硫族化合物等在电子器件、光子器件、光催化、光电传感、太阳能电池等领域都展现了优良的性能。作为二维层状硫族化合物中两个典型材料,MoS和BiS的带隙在可见和红外之间,对太阳光响应灵敏,因而在光电器件、光电化学等方面具有潜在的应用价值。本论文围绕MoS和BiS的制备和光电性能,主要从以下四个方面进行了研究:(1)总结了二维层状纳米材料的发展历史、制备方法、光电性能。从零带隙的石墨烯引入可调带隙的二维层状硫族化合物,进而引出本文着重研究的MoS和BiS这两种层状材料,并对它们的结构、光电性能研究的进展做了介绍。(2)液相剥离法制备了MoS的二维纳米薄片。透射电子显微镜、原子力显微镜测试证明通过合理选择液相剥离的溶液,可以得到片层在2-4层范围的二维MoS纳米薄片。扫描电子显微镜和拉曼光谱的表征说明基于抽滤—转移的方法制备的MoS薄膜样品具有很好的片层堆叠形貌和质量,为基于MoS光电极的应用打下基础。(3)基于混合热焓理论,对BiS进行了高效的液相剥离。我们发现体积分数为90%的异丙醇(IPA)和10%的去离子水为有效剥离层状BiS的最佳混合溶剂,这一结论和吸收光谱的实验结果相一致。透射电子显微镜、原子力显微镜测试表明制备的BiS纳米薄片为1-3层的二维纳米材料。在可见光的激发下,BiS薄膜展现了敏感的光电响应,响应时间在毫秒尺度。这与我们第一性原理计算得到的BiS单层结构和块体结构的电子能态密度(DOS)及分波能态密度(PDOS)相一致,也从微观角度说明了在可见光波段,BiS具有较强的光与物质的相互作用,本工作证明了BiS在光电检测以及太阳能转换领域有着潜在的应用,为光电器件的打下了基础。(4)气相沉积法可以制备高质量的MoS,但是相关的化学机理比较复杂。我们选择了具有蒸发温度高更利于原位生长的Mo源MoO。首先,我们制备出了表面平整、结晶性高、边长最大可达到两百多微米、厚度在20-100 nm的长斜方晶系的MoO晶体。其次,我们提出了一个歧化反应和物理气相沉积(PVD)过程共存的机理来解释了MoO沉积过程。最后,经过硫化过程,在MoO表面制备了均匀的MoS薄膜。高结晶、低蒸发率、导电的MoO也为MoX(X=Se、Te)以及MoO/MoX(X=S、Se、Te)异质结构的制备提供了一个很好的生长基底。

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