微纳材料中的光—激子强耦合及应变调控研究

发布时间：2020-10-17 11:38

　　 微纳材料由于具有一些良好的光电性质而在很多领域得到了大量的研究,如,纳米光源、探测器、生物医学等。本文主要研究了半导体微纳材料中的光-物质耦合特性及光学特性的应变调控,包括氧化锌纳米晶须激子极化激元的荧光特性及动力学行为,应变型硫化镉光波导特性及MoS_2和WSe_2层状材料中的光-激子态耦合特性。论文主要内容如下:1.由于ZnO四角晶须的半径连续可调,这非常有助于我们研究Zn O激子极化激元的动力学特性。首先利用扫描电子显微镜(SEM)得到ZnO四角晶须的位置与半径的关系,这有利于对实验数据进行定量分析。之后利用我们自行设计和搭建的微区荧光光谱测试系统沿着半径渐变的锥形臂进行扫描,得到其半径调制的光谱并进行理论拟合。为了更好地探究激子极化激元的动力学行为,我们利用单光子计数时间分辨测试系统(TCSPC)测量了其不同位置处的荧光寿命。最后得到ZnO四角晶须激子极化激元的寿命主要由辐射衰减过程决定,且辐射寿命随样品表面-体积比的增加而线性降低的结论。2.我们采用机械剥离的方法将块体的二硫化钼和二硒化钨进行机械剥离并得到一定厚度的纳米片,进而得到自构型的平板(F-P)微腔。通过自行设计搭建的微区反射光谱测试系统研究了两种材料中激子和自构型F-P腔之间强耦合效应的区别。然后借助于耦合谐振子模型来拟合微腔模式与激子之间的色散关系。最终我们得到激子的拉比分裂值和振子强度。这为进一步研究层状材料提供了很好的平台。3.亚波长尺度下的光波导有很大的应用前景,比如用于芯片上以连接各种光学元件或实现逻辑运算等。我们研究了室温下由应变调控的弯曲CdS纳米线的光波导传输损耗。为了得到周期性弯曲CdS纳米线,我们首先提出了制备弯曲纳米线的方法,此方法既简单又有效且得到的弯曲纳米线比较稳定。为了清楚地知道行进距离和局部应变引起的带隙位移对光波导损耗的影响,我们还进行了无应变下直的纳米线光波导损耗测量和固定行进距离的动态弯曲纳米线光波导损耗测量。我们的研究表明,应变调制的半导体纳米线将为开发集成和柔性光电子器件以及灵活的多功能光学元件铺平新路。
【学位单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1
【部分图文】：

布里-玻罗光学微腔，在实验上证实了激子与微腔之间发生了强耦合相互作用。随着体技术的发展和研究的需求，为了实现对光场的多种限制和满足各种器件应用的需求导体纳米微腔也得到了迅速发展，实现了在多个方向上对光场有限制作用的微腔。这也推进了微腔领域的发展，由简单的平板微腔相继发展出了超高 Q 因子的回音壁（WG腔和光子晶体微腔等。图 1.1 为几种高 Q 因子和超高 Q 因子的光学微腔[6]。

世纪 50 年代开始，人们研究它在半导体材料中的特性，后来研究它在量子的特性[7]。直到上世纪 90 年代，人们开始将半导体微腔和激子极化激元联了微腔极化激元的研究[5]。例如，Nature 期刊报道了激子极化激元的 Bose，如图 1.2 所示；复旦大学的陈张海教授课题组研究了 WGM 微腔中极化激[9]，还研究了不同结构的 In2O3材料对微腔中光的调制作用[3]。目前与激子极器件的应用仍是该领域的热点，所以研究激子极化激元势在必行。

图 1.3 利用 AFM 探针弯曲纳米材料示意图“能带工程”可以改变半导体材料的带隙，目前人们主要以组分掺杂的方式改变带隙由于在组分控制、生长条件等各方面难以精确操控，组分掺杂技术生长出来的样品不能保样品的质量，很难达到人们预期的结果。后来研究人员想通过应变工程改变材料带隙
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 朱杰,孙润广;原子力显微镜的基本原理及其方法学研究[J];生命科学仪器;2005年01期

2 房喻,王辉;荧光寿命测定的现代方法与应用[J];化学通报;2001年10期

相关博士学位论文 前3条

1 董红星;宽带隙半导体纳米结构光学微腔的制备及其光学性质研究[D];复旦大学;2010年

2 孙聊新;ZnO回音壁微腔中激子极化激元色散、激射以及凝聚的实验研究[D];复旦大学;2009年

3 范东华;ZnO纳米结构的制备、表征及其光学性质研究[D];上海交通大学;2008年

本文编号：2844726