硫化亞鉑表面態輔助載流子復合及其光學非線性特性研究

　　近期，中國科學院上海光學精密機械研究所微納光電子功能材料實驗室研究員王俊團隊在二維非層狀半導體硫化亞鉑（PtS）超快載流子動力學特性和光學非線性特性研究方面取得進展，揭示了PtS在光電子器件設計和應用方面的潛力。論文于10月29日在線發表于ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.9b06782）。

　　硫鉑礦（Cooperite）或硫化亞鉑（PtS）是一種具有非層狀結構的稀有礦物。無論是天然形成的還是人工合成的PtS，通常以小尺寸、不規則形狀存在，存在不可避免的雜質，這阻礙了對其本征光學和光子學特性的研究。因此，目前在非線性光學和超快光子學領域，還缺乏PtS相關研究的報道。

　　在這項研究中，研究人員與愛爾蘭都柏林圣三一大學（Trinity College Dublin）合作，采用熱輔助轉換方法成功制備了無雜質的大尺寸、均勻、厚度可控的PtS薄膜。與常規的二維層狀材料不同，PtS的光學帶隙隨薄膜厚度的減小而變窄，這主要歸因于禁帶內表面態能帶的存在。

　　超快動力學研究發現載流子弛豫時間隨PtS薄膜厚度的減小而減小（激光條件：520 nm，380 fs），這是由于表面態輔助內部載流子復合效應的存在，使得樣品表面具有快弛豫壽命，而樣品內部具有較慢的弛豫壽命。基于量子力學波函數模型來估算電子和空穴的占有概率，實驗結果和計算結果的良好吻合表明表面態在俄歇過程中起主導作用。非線性光學特性研究發現PtS在可見光區表現為超快飽和吸收和自聚焦特性（激光條件：515 nm，340 fs），這主要是由共振電子非線性引起的。

　　這項工作詳細研究了二維非層狀PtS材料的本征非線性光學特性和超快載流子復合特性，對開發基于PtS的光電子器件提供了實驗和理論指導。

　　相關工作得到國家自然科學基金委、中科院及上海市科委的項目支持。