近日，中科院上海光機所空天激光技術與系統(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，在推動基礎物理學和光電設備發(fā)展方面具有關鍵作用，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、結構穩(wěn)定的二維材料將有利于其在更寬波長范圍內的應用。AgInP2S6是過渡金屬磷三硫族化合物（MPX3）家族中的一員，其較大的帶隙結構使其構成的二維材料光電應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和第一原理計算確定了樣品的晶體結構和能帶結構。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)出激光誘導吸收過程，隨后是載流子弛豫過程，包括非輻射復合和缺陷能級輔助復合。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。

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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。

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圖2.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。

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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