二维层状黑磷激发态动力学的超快光谱研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21803055
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0304.化学动力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Due to the limitation of photodetector, it is always difficult to study the optical properties of near-infrared two-dimensional (2D) semiconductor materials. Recently, a new 2D semiconducting material, few-layered black phosphorus (BP), has received considerable research attention due to its remarkable properties. Unlike the common 2D materials, such as transition metal sulfides with band gap above 1 eV (visible region), BP exhibits a tunable direct band gap, which can be modified from 1.8 eV for monolayer to 0.3 eV for bulk. Besides, BP also processes high carrier mobility (1000 cm2 V-1 s-1), strong anisotropy and polarization characteristics. These interesting and functional features make BP a promising candidate for photoelectric detector. However, due to the limitation of detector and the poor sample air stability, the excited state dynamic properties of BP have not been reported so far, which determine the response efficiency of photoelectric devices in practical applications. With the increase of the layer number, the band gap, exciton binding energy and electron/hole concentration of the upper and lower surfaces in black phosphorus will change, so the corresponding carrier dynamics will be different. By using the ultra-high time-resolved transient spectroscopy, this project aims to acquire the information of carrier dynamics of mechanical exfoliated BP with different layers. Through changing the energy and power of pump laser, we can achieve the following two aspects respectively, (1) the hot electron relaxation process of BP, the threshold value and the efficiency of multi-exciton generation; (2) The recombination process of edge excitons, especially the rate of auger recombination. By comparing the excited state characters of BP with different layers, we can summarize the influence of the layer number and obtain the basic dynamics information of BP. This could enrich the understanding of photoelectric conversion and extend the materials for practical applications.
继石墨烯与过渡金属硫化物之后,半导体黑磷因带隙从可见至近红外(1.8eV-0.3eV)大范围可调、高载流子迁移率以及强各项异性和偏振特性而成为激动人心的光电转换材料。但作为半导体材料最核心的性质,黑磷的激发态动力学性质包括热电子的驰豫过程和带边激子的复合过程等依然未知,而正是这些动力学性质决定了光电器件的性能和效率。此外,层数是二维材料中独特而又普适的调控自由度,黑磷的直接带隙属性也为研究层数对其动力学过程的影响提供了理想的研究平台。该项目以机械剥离的层状黑磷为研究对象,利用微区超高时间分辨瞬态光谱技术,通过改变激光能量及激发功率等,系统研究不同层数黑磷的激发态载流子动力学过程,包括:(1)黑磷的热电子驰豫过程以及多激子产生阈值和效率;(2)带边激子的复合过程速率和机理,尤其是俄歇复合过程的速率常数。通过分析不同层数黑磷的激发态动力学性质,揭示层数对二维层材料动力学过程的影响规律。

结项摘要

相较于石墨烯和过渡金属硫化物等二维层状材料,黑磷(BP)因其独特的光学性质而被广泛的应用在光电器件研究和应用中。具体表现为高效的载流子迁移率、可见至近红外能量范围的可调节带隙以及独特的各向异性及偏振光学特性。本项目主要利用显微超快瞬态光谱吸收/反射技术,结合稳态吸收和荧光发射光谱手段,详细深入的研究了不同层数黑磷的激发态载流子动力学过程,主要包括热电子弛豫过程以及带边激子复合过程。实验中,通过改变激发光能量和功率,我们首次证实了层状黑磷可以十分有效地实现多激子产生,这主要是由于较强的库伦相互作用、较高的态密度以及黑磷较小且相近的电子/空穴有效质量。此外,多激子产生在不同层数黑磷中也表现出了明显的层数依赖性,即随着层数的增加,屏蔽作用增强,库伦相互作用减弱,因而多激子产生的阈值逐渐增加,效率也逐渐降低。最后,我们也成功在BP/MoS2异质结中实现了多激子接近100%的有效转移。这一系列结果也更加促进了二维层状材料在实际光电转换中的应用和发展。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Infrared driven hot electron generation and transfer from non-noble metal plasmonic nanocrystals
非贵金属等离子体纳米晶体的红外驱动热电子产生和转移
  • DOI:
    10.1038/s41467-020-16833-1
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Nature Communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Zhou Dongming;Li Xufeng;Zhou Qiaohui;Zhu Haiming
  • 通讯作者:
    Zhu Haiming
Highly Efficient Multiple Exciton Generation and Harvesting in Few-Layer Black Phosphorus and Heterostructure
少层黑磷和异质结构中的高效多激子生成和收集
  • DOI:
    10.1021/acs.nanolett.0c03328
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Nano Letters
  • 影响因子:
    10.8
  • 作者:
    Zhou Qiaohui;Zhou Hongzhi;Tao Weijian;Zheng Yizhen;Chen Yuzhong;Zhu Haiming
  • 通讯作者:
    Zhu Haiming
Dynamic polaronic screening for anomalous exciton spin relaxation in two-dimensional lead halide perovskites.
二维卤化铅钙钛矿中反常激子自旋弛豫的动态极化筛选
  • DOI:
    10.1126/sciadv.abb7132
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Science advances
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Tao W;Zhou Q;Zhu H
  • 通讯作者:
    Zhu H
Momentarily trapped exciton polaron in two-dimensional lead halide perovskites.
二维卤化铅钙钛矿中的瞬时俘获激子极化子
  • DOI:
    10.1038/s41467-021-21721-3
  • 发表时间:
    2021-03-03
  • 期刊:
    Nature communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Tao W;Zhang C;Zhou Q;Zhao Y;Zhu H
  • 通讯作者:
    Zhu H
Controlling Exciton and Valley Dynamics in Two-Dimensional Heterostructures with Atomically Precise Interlayer Proximity
利用原子级精确的层间邻近度控制二维异质结构中的激子和谷动力学
  • DOI:
    10.1021/acsnano.0c00218
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Nano
  • 影响因子:
    17.1
  • 作者:
    Zhou Hongzhi;Zhao Yida;Tao Weijian;Li Yujie;Zhou Qiaohui;Zhu Haiming
  • 通讯作者:
    Zhu Haiming

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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