单层MoS2上单个纳米孔的光谱和动力学

Creating nanoholes in two-dimensional thin layered semiconductor films will increase the optical absorption of these materials at specific wavelengths, which could be useful for solar energy conversion applications or for using these materials in opto-electronics applications, therefore, it is highly important to investigate the spectroscopy and dynamics of the nanoholes. The main objective is to determine whether size- and shape-dependent effects can be observed in the extinction spectra of single nanoholes in single-layer MoS2. We expect that optical excitation should produce an exciton bound across the hole, analogous to what happens in a quantum dot. The proposed experiments will provide important information about the generations of multiple excitons and electron multiplication of single nanoholes in single-layer MoS2. Finally, the acoustic modes of the nanoholes will be studied. For this two dimensional nanoholes, the experiments are aimed at investigating an unusual particle, which deviates the prediction from continuum mechanics for 3D nanoparticles. The studies of the damping of the acoustic vibrations of the nanoholes may enable creation of high quality factor nanomechanical resonators. These nanoholes could be potentially useful for molecular sensing and optical modulation applications.

在二维层状半导体薄膜中产生纳米孔将增加这些材料对特定可见光波长的吸收，这对太阳能转换以及光电应用具有重要的作用，因此系统研究纳米孔的光谱以及电子动力学变的非常重要。本项目的主要目的是确定单层MoS2薄膜上单个纳米孔的吸收光谱与纳米孔尺寸、形状的依赖关系；根据巴比内原则，激发半导体薄膜中的纳米孔将产生类似于量子点中的激子结构，研究单层MoS2薄膜上单个纳米孔将更好的理解层状半导体中的多激子以及电荷载流子的倍增。最后将研究二维纳米孔的声学振动，发展纳米孔平面声学振动的物理模型。同时研究纳米孔声学振动的阻尼振荡，发展高品质因数的纳米谐振器，探索纳米孔在分子检测以及光学调制方面的潜在应用。

理解纳米材料的电子动力学对于探索纳米材料的实际应用具有重要意义。本项目主要利用超快光学显微镜对单个纳米材料（单层MoS2，Au纳米片）的超快电子动力学和声学进行研究。通过超快光学显微镜的超高的时间分辨和空间分辨特性，我们探索了光生载流子在单层MoS2中的产生、扩散等特性，表征了其扩散系数。在Au纳米片体系中，利用化学合成的方法，我们合成了超薄、大尺寸的单晶Au纳米片，并深入研究了超快光激发下产生的高频晶格振动（也称声学振动）性质，研究了声学振动的能量损耗机制；通过声学调控方法，抑制皮秒超声波的产生，大大提高了声学振动的寿命和品质因数；首次实现了室温下高频声学振动间的强耦合效应；通过重合Au纳米片，研究了Au纳米片间的相对振动，表征了其间的弹性参数，其研究将帮助实现Au纳米片在纳米天平等方面的应用。总的来说，本项目提供了单层MoS2，钙钛矿半导体中的电子动力学和扩散系数，研究结果对理解这些半导体材料在太阳能电池、光电探测等方面有重要意义。另外，对金属纳米颗粒的高频声学振动的探索将帮助实现新型的声子量子耦合平台；高灵敏的质量传感器件等。

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