表面/界面態誘導的增強型ZnO非線性光學納米晶研究

《表面/界面態誘導的增強型ZnO非線性光學納米晶研究》是依託華中科技大學，由韓一波擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：表面/界面態誘導的增強型ZnO非線性光學納米晶研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：韓一波
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

晶體的非線性光學特性通常來源於其內部的結構不對稱性，然而近年來的研究發現，部分半導體納米材料如ZnO納米晶具有外在複雜的表面/界面性質，可有效增強光學諧波和多光子吸收等非線性光學效應，從而具有廣闊的套用前景。但相關的分析方法和測量手段仍處於定性分析的初步階段，阻礙了這類半導體材料的套用化進程。.結合申請人在界面態對ZnO微晶非線性光學增強方面的研究基礎，本項目擬通過各種化學和物理方法製備具有不同表面/界面性質的複合ZnO納米晶；通過Z掃描，螢光光譜，螢光壽命，磁場下的光譜等測量方法來研究表面/界面態對ZnO納米晶非線性吸收，非線性折射，光學二次和三次諧波，以及多光子螢光等性質的影響；揭示表面/界面態對ZnO納米晶光學非線性極化率增強作用的物理機制；最後利用分析得到的規律，指導製備過程，研製出高效率和具有可控性非線性光學特性的ZnO納米晶。

結題摘要

本項目主要針對ZnO納米材料進行非線性光學特性的研究，旨在探尋以界面/表面態效應對以ZnO為主體的材料的非線性光學增強的機理，以及通過這樣的機理設計出具有高非線性極化率的ZnO納米材料。在材料製備方面，項目負責人成功製備了ZnO納米薄膜，ZnO-TiO2複合薄膜，ZnO摻Co/Ni納米線和ZnO納米線等多種納米材料；在儀器搭建方面，申請人和項目主要成員在所在課題組組建了非線性光學實驗室，搭建了Z-掃描系統，光Kerr系統和強磁場PL譜測量系統；在性能測試方面，對ZnO納米材料進行了XRD，光吸收表征，然後利用上述光學非線性測量系統對其進行了三階非線性吸收、折射和二次諧波、PL譜的測量。主要結論如下：ZnO摻Co/Ni納米線表現出良好的二次諧波各向異性，顯示出沿垂直納米線方向較大的二階非線性效應，是由於複雜界面引起的；ZnO-TiO2複合薄膜展現出層厚依存的三階非線性效應，增多界面和層厚在一定值時得到最最佳化的非線性極化率；高質量ZnO納米線展現出極高的低溫綠光光致發光效率，可能是由氧空位引起的界面態增強效應引起。