過渡金屬硫化物二維納米材料是繼石墨烯后又一類重要的二維半導體納米材料，特別是其可見到近紅外波段的可調諧帶隙特性在開發新型光電功能器件方面具有獨特優勢。然而，該類半導體帶隙的層數依賴特性對其非線性光學響應的影響規律及物理機理目前尚不清楚，大大限制了該類材料在開發高性能超快光調制器等全光器件上的潛力。上海光機所中科院強激光材料重點實驗室王俊研究員課題組在國際學術期刊ACS Nano、Laser & Photonics Reviews和Nanoscale上發表原創論文，系統揭示了MoS2等過渡金屬硫化物二維半導體的光學非線性吸收特性及其物理機制，提出并驗證了該類材料非線性功能切變和調控策略，并在大面積MoS2光子功能材料制備上取得進展。
研究小組李源鑫等人精確測量確認了二維2H-MoS2單層晶疇（~0.7nm）在近紅外波段體現優異的雙光子吸收特性，證實了單層MoS2的巨雙光子吸收系數~7.6x103 cm/GW，高出常規半導體3-4個數量級，并從單層中觀測到雙光子激發頻率上轉換發光，通過層數調控非線性響應，揭示了MoS2禁帶寬度與光子能量的博弈關系，該結果是對近期廣泛報道的MoS2寡層飽和吸收體工作機理的直接證明。相關論文已被Laser & Photonics Reviews（影響因子8.008，SCI光學領域期刊第4位）在線出版，并將作為封面論文出版。
Giant Two-Photon Absorption in Monolayer MoS2
研究小組張賽鋒等人與愛爾蘭都柏林圣三一大學合作，觀測到1-3層WS2薄膜的近紅外簡并雙光子吸收及其飽和效應，通過控制單層數量，實現了WS2和MoS2寡層薄膜非線性特性的調控工程，通過改變波長調控寡層半導體中共振態和非共振態雙光子吸收以及飽和吸收的“開-關”操作，為禁帶寬帶大于光子能量的二維半導體的鎖模和調Q特性提出了一種物理機理。相關論文已被ACS Nano雜志（影響因子12.881）在線出版。
Direct observation of degenerate two photon absorption and its saturation of WS2 and MoS2 monolayer and few-layer films
研究小組張曉艷等人采用真空抽濾再組沉積技術成功制備出晶片尺度（直徑2英寸）的層狀MoS2納米薄膜，該層狀疊加重構納米膜成本低、面積大、光學均勻性高，而且厚度可控，同時具有可見-近紅外寬帶非線性飽和吸收響應。其三階非線性極化率Imχ(3)及品質因子較之同等條件下制備的石墨烯納米膜高出數倍。最近，該薄膜已成功實現中紅外固體激光器超短脈沖調制。相關論文發表于Nanoscale雜志（影響因子7.394），并被遴選為2015年度熱點論文。
Facile fabrication of wafer-scale MoS2 neat films with enhanced third-order nonlinear optical performance, X.Y. Zhang, et al. Nanoscale 7, 2978 (2015)
此外，課題組2013年ACS Nano論文[K. Wang, et al. ACS Nano, 7, 9260 (2013)]被Web of Science (SCI)基本科學指標(Essential Science Indicators)評為熱點論文（Hot paper，即收錄2年內SCI引用次數居同領域論文前0.1%的論文）和高引用率論文（Highly cited paper，即收錄10年內SCI引用次數居同領域前1%的論文）。
相關研究工作得到了國家自然科學基金、中組部“青年拔尖人才”、中科院“百人計劃”、中科院國際合作局對外合作重點項目及上海市科委等項目的大力支持。
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