半導(dǎo)體硫化物自構(gòu)型微腔中光-物質(zhì)耦合及應(yīng)變調(diào)控.pdf

1、半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)光學(xué)微腔由于在光-物質(zhì)耦合作用研究中對(duì)光場(chǎng)良好的限制作用受到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。而一些具有特定形貌的半導(dǎo)體納米材料，由于其結(jié)構(gòu)自身不僅可以構(gòu)成光學(xué)諧振腔還具有提供光學(xué)增益的特性，非常有利于探索光-物質(zhì)耦合作用相關(guān)基礎(chǔ)問(wèn)題的研究和潛在的光電子器件應(yīng)用價(jià)值。Ⅱ-Ⅵ族半導(dǎo)體材料作為典型的寬禁帶直接帶隙材料，形貌豐富多樣，且具有較大的激子束縛能和較高的振子強(qiáng)度值，一直是研究光-物質(zhì)耦合效應(yīng)的絕佳載體，硫化鎘（CdS）作為其典型代

2、表材料之一，在可見(jiàn)波段的光電子器件如納米激光器、光探測(cè)器和光波導(dǎo)方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。而最近幾年，隨著單原子層石墨烯機(jī)械剝離制備方法的提出，過(guò)渡族金屬硫化物作為典型的層狀結(jié)構(gòu)材料重新進(jìn)入了人們的研究視野，目前已經(jīng)有研究證明該材料具有大的激子束縛能和振子強(qiáng)度，這無(wú)疑又為光-物質(zhì)耦合物理機(jī)制的深入研究注入了新的活力。除此之外，我們發(fā)現(xiàn)人們對(duì)于納米材料中光-物質(zhì)耦合的調(diào)制手段還非常有限，大多是依賴(lài)于對(duì)溫度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)或樣品尺寸的控制，這些調(diào)

3、制方法調(diào)節(jié)范圍窄、設(shè)備需求高，極度地限制了應(yīng)用方向的發(fā)展。隨著“彈性應(yīng)力工程”的提出，人們對(duì)應(yīng)力調(diào)制作用下納米材料的電學(xué)特性和光學(xué)特性方面都有了較多的研究，而對(duì)于應(yīng)力作用于光-物質(zhì)耦合方面的調(diào)制影響還非常缺乏。因此，本論文將針對(duì)以上所提出的現(xiàn)狀和問(wèn)題來(lái)研究不同材料中的光-物質(zhì)耦合作用以及應(yīng)力對(duì)其的調(diào)控作用，論文的主要內(nèi)容如下：
　　為了滿足測(cè)試中亞微米空間分辨率的需求，自行設(shè)計(jì)和搭建了一套基于顯微鏡系統(tǒng)和單模光纖的微區(qū)熒光/反射/

4、角分辨光譜測(cè)量系統(tǒng)，其中微區(qū)熒光/反射光譜測(cè)量系統(tǒng)是以單模光纖作為視場(chǎng)光闌放在二次放大成像面上，實(shí)現(xiàn)了亞微米量級(jí)的空間分辨率，而微區(qū)角分辨光譜測(cè)量系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)一次性拍照方式獲取半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)微腔中的模式色散關(guān)系。
　　以過(guò)渡族金屬硫化物（TMDs）代表性材料二硫化鎢（WS2）為研究載體，巧妙利用WS2較高的介電常數(shù)獲得了厚度可控的自構(gòu)型法布里-玻羅（F-P）微腔結(jié)構(gòu)，首次研究了TMDs材料中激子與自構(gòu)型微腔模式之間的強(qiáng)耦合效應(yīng)

5、。通過(guò)對(duì)體材料機(jī)械剝離并利用原子力顯微鏡選取合適的納米薄片厚度，有效地調(diào)控了WS2中激子與薄片上下表面自構(gòu)型F-P微腔之間能量失諧，在實(shí)驗(yàn)上直接觀測(cè)到了WS2納米薄片中激子和腔模之間的反交叉行為，并基于耦合振子模型研究了微腔極化激元的色散關(guān)系，估算出了WS2中A、B激子的拉比分裂和振子強(qiáng)度值，為探索層狀結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)耦合效應(yīng)開(kāi)辟了新的思路。
　　提出了制備周期性彎曲CdS納米線/帶的新方法，該方法操作簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性高、可調(diào)節(jié)性強(qiáng)，在此

6、基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了應(yīng)變對(duì)CdS納米帶中激子能級(jí)及動(dòng)力學(xué)行為的調(diào)控作用。利用微區(qū)熒光/反射光譜測(cè)量系統(tǒng)，詳細(xì)表征了不同偏振條件下應(yīng)力對(duì)CdS納米線/帶中激子的能級(jí)調(diào)控作用，實(shí)驗(yàn)表明不同結(jié)構(gòu)中應(yīng)力調(diào)制作用下激子的輻射行為具有不同的物理機(jī)制。利用時(shí)間分辨單光子技術(shù)研究了應(yīng)力作用下CdS納米帶中A、B激子的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)拉伸應(yīng)力的調(diào)制作用下A、B激子之間能量差的增大將會(huì)導(dǎo)致A激子的壽命增加，B激子的壽命縮短，為提高光電子器件的性能方面提供了一個(gè)