文献阅读2024年10月

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首页>> news>> 2024年10月组内文献阅读汇报

**文献标题*Understanding of MoS2/GaN Heterojunction Diode and its Photodetection Propertiesy

1. 研究背景: 二硫化钼（MoS2）作为典型的二维过渡金属二硫化物，因其优异的电学和光学特性，近年来在光电器件中获得了广泛关注。传统的三维半导体材料如氮化镓（GaN）具有较宽的带隙，适合紫外探测。然而，由于其与MoS2的异质结特性，这种二维与三维材料的结合可以为宽波段光电探测提供新的途径。

2. 研究内容: 本文重点研究了MoS2与GaN组成的异质结光电探测器。通过Kelvin探针力显微镜（KPFM）对MoS2/GaN异质结的表面电位进行测量，以确认其导带偏移和类型II的带边对齐。此外，利用I-V特性测试了该异质结的光电流、光响应度和探测率，并展示了其对不同波长（尤其是405 nm激光）的光响应性能。

3. 创新点: 创新点一是采用KPFM测量MoS2和GaN的表面电位，确定了导带偏移量（0.23 eV）和类型II带边对齐结构。创新点二在于该异质结在405 nm波长下具有高达105 A/W的光响应度，且在低光强条件下的探测率达到1014Jones。创新点三在于该器件不仅对紫外光（365 nm）响应显著，对可见光（650 nm）也有良好的响应。

4. 总结和收获 MoS2/GaN异质结表现出优异的光电探测性能，尤其是在紫外和可见光范围内的响应能力。研究表明，该异质结具有广阔的光电应用潜力，特别是在需要宽带响应和高探测率的场景中，如高效光电探测器的设计。这项研究为二维和三维材料的集成提供了参考，推动了低维材料与传统半导体结合的新方向。

文献来源:Scientific Reports | (2018) 8:11799 |( DOI:10.1038/s41598-018-30237-8); 作者:Monika Moun, Mukesh Kumar, ManjariGarg, Ravi Pathak & Rajendra Singh.

报告人：曹世伟

文献标题:Ultrahigh-Q guided mode resonances in an All-dielectric metasurface

#### 1. 研究背景: 共振波导光栅和光子晶体平板被认为是实现高Q导模共振(GMRs)的理想平台，但实验中的Q因子一直受到制造缺陷，导致辐射损耗增加。

- 研究动机: - 连续介质中的束缚态(BICs)实现超高Q共振提供了一种可行的选择。本文提出一种在全介质超表面中实现超高Q导模共振的策略，我们证明了相关的q因子与扰动的平方成反比，而共振波长可以通过材料或结构参数进行调谐。
#### 2. 研究内容 - 1: 通过在多层波导系统上引入不同结构光栅来实现超高q导模共振。通过电场分布的不同来分析导模共振和BIC模式。 - 2: 设计不同波长的导模结构，用于选择周期，折射率，厚度在所处波长处的确定值。

#### 3. 创新点 - 一: 设计策略建立在在传统波导系统上添加扰动层的基础上，该系统将GMs转换为Bic或GMRs,提高Q因子的倍数。

#### 4. 总结和收获 - 文章结论: - Gmr的Q因子强烈依赖于波导系统的扰动，这表明了一种广泛适用的方法来实现超高Q共振，而不需要复杂的拓扑概念。所提出的结构的制造只涉及涂层和显影，而不涉及深度蚀刻工艺，因此可以实现GMRs的超高Q因子，成功地消除了样品的粗糙度和无序性的常见来源，并在实际设备中实现了可控的微小扰动。 - 启发和收获: - 学习了高Q的模式除了BIC还有导模共振。其中不同光栅结构也出现新的应用。

文献来源:Nature Communications | (2023) 14:3433. 作者: Lujun Huang 1,9 , Rong Jin2,3,4,9, Chaobiao Zhou5,9, Guanhai Li2,3,4 ,Lei Xu 6, Adam Overvig 7, Fu Deng1, Xiaoshuang Chen2,3,4, Wei Lu2,3,4,Andrea Alù 7,8 & Andrey E. Miroshnichenko.

报告人：胡楠楠

文献标题:Tunable hexagonal boron nitride topological optical delay line in the visible region

#### 1. 研究背景: 具有慢光特性的纳米光子器件可应用于光学非线性、光开关、脉冲延迟、量子光学、光存储和光增益，此外，慢光可以促进强光-物质相互作用，这为光子器件的小型化和改进提供了可能性。光延迟线（ODL）是一种慢光器件，可以延迟和临时存储足够多的光子，以便能够进行量子操作以进行光缓冲。量子光芯片对 ODL 提出了更高的要求，例如可调谐性、超紧凑性、低损耗（高传输率）和宽带宽。而传统的ODL 设计，如微环谐振器、光栅[5,6]以及可切换和可重构阵列延迟线，依赖于增加光程而不调谐群速度。因此，这些设计通常具有毫米级尺寸，不适合片上集成。

- 研究动机: 为了解决紧凑集成和在可见光区域实现高效率传输，作者一种利用hBN构建一种支持拓扑边缘态的谷拓扑光子晶体。

#### 2. 研究内容： -1.不同晶态都有CD开关首先通过比较两类边界的边缘状态，证明了zig-zag边界理论上可以达到零群速度，适合设计作为ODL工作的慢光波导。 - 2. 引入液晶可以以加电压的方式进行主动调控工作波段。 - 3. 通过设计 Z 型和 Ω 型波导，可以有效增加波导的光程长度，而不会影响超紧凑的设计。这种设计可以在 645 nm 波长下实现高达 12 ps 的延迟时间，并具有高透射率。

#### 3. 创新点 - 创新点一: - 引入液晶可以以加电压的方式进行主动调控工作波段。 - 创新点二: - 通过设计 Z 型和 Ω 型波导，可以有效增加波导的光程长度，而不会影响超紧凑的设计。这种设计可以在 645 nm 波长下实现高达 12 ps 的延迟时间，并具有高透射率。

#### 4. 总结和收获 - 文章结论: 整篇文章谈不上很创新，但是元素较多，谷拓扑边缘态、液晶主动调节、不同形式的拼接延长光走过的距离、做ODL的应用明显，融合在一起确实是一个自由度多，可操作性高的应用。从结果上看，该工作为可见光波段可调谐拓扑光子器件开辟了新的可能性，为超紧凑型高性能可集成光延迟线的设计提供了一种有效方案。该课题组还有姊妹篇是类似的机制工作。 - 启发和收获: - -了解了Zig-zag拼接和bread拼接在边界态上的区别。 -理解了能谷光子晶体独特的自旋-能谷锁定效应可以有效降低散射损耗实现高透射率的来源和应用。 -在边缘态波导结构中注入液晶材料，在外加电压下调控边界态的位置，是一种可用的主动调控手段。

文献来源:Chinese Optics Letters 22(5), 053602 (2024) 作者: Hongming Fei (费宏明)1*,MinWu(武敏)2, Han Lin (林瀚)3**, Yibiao Yang (杨毅彪)4, and Liantuan Xiao (肖连团)1

报告人：付子怡

文献标题:Combining ultrahigh index with exceptional nonlinearity in resonant transition metal dichalcogenide nanodisks

#### 1. 研究背景: 单层过渡金属二硫化物（TMD），例如 MoS2，表现出已知的最高二阶非线性系数之一。然而，这些材料的单层性质阻止了仅从材料本身制造共振物体，因此目前大多数研究需要使用外部结构来实现非线性过程的光学增强。

- 研究动机: 利用3R相的多层二硫化钼研究其共振非线性纳米光子学。虽然在体材料中，缺乏反演对称性，但其具有巨大的二阶极化率、近红外区域极高的折射率（n>~4.5）和低吸收损耗，使3R-MoS2对非线性纳米光子学极具吸引力。这种方法揭示了一种强大的工具，用于增强二维材料纳米结构中光学二阶非线性过程的整个光谱，从而为非线性TMD纳米光子学铺平道路。

#### 2. 研究内容： -1. 通过实验制备不同半径的3R-MoS2纳米片，理论模拟与实验测量其散射谱，发现结果一致，这些纳米片能够支持anapole共振态，并且可以与材料χ(2)共振的有效光谱波长范围（800nm-1000nm）重叠。 - 2. 光谱中SHG强度最高的区域出现在χ(2)最大值的重叠处。实验结果显示，与相同厚度的未图案化薄片相比，单个共振纳米片中的二次谐波产生得到了显著（>100倍）增强。特别地，当二阶极化率的材料共振与圆盘的anapole态的频谱重叠时，增强效果达到最大。并具有高透射率。

#### 3. 创新点： - 创新点一: - 在于仅从材料本身制造共振物体，而不需要使用外部结构来实现非线性过程的光学增强，这一方法为增强高折射率过渡金属二硫族纳米结构中光学二阶非线性过程的发展提供了强大的工具。 - 创新点二: 在于将anapole共振位置设计在二维材料二阶极化率最大值所对应波长处，使得SHG增强最大化。

#### 4. 总结和收获： - 文章结论: 这篇工作实现了共振过渡金属二硫化物纳米片超高折射率与非线性的结合。利用3R相的多层二硫化钼（MoS2），在共振非线性纳米光子学领域取得了重要进展。虽然在体块材料中，缺乏中心反演对称性，但3R-MoS2仍然展现出显著优势，包括大的二阶极化率、近红外区域极高的折射率（n>4.5）以及低吸收损耗。这些特性使得3R-MoS2在非线性纳米光子学应用中极具吸引力。理论模拟与实验制备不同半径的圆盘，使其支持anapole共振，若共振位置与二阶极化率最大位置重叠时，倍频增强最大。实验结果显示与相同厚度的无图案薄片相比，单个共振纳米圆盘中的二次谐波产生>100倍的增强。 - 启发和收获: 为便于将来小型化，集成化的发展，可以不使用外部结构来实现非线性过程的光学增强，将共振过渡金属二硫化物直接图案化，通过调整结构参数，可使得共振位置与最大二阶极化率位置重叠，最大化增强非线性过程的产生；参数化扫描结构参数，有望实现更高的SHG增强。

文献来源：Nature Photonics (2024): 1-7 作者: Zograf, George, et al.

报告人：常文瑶