[发明专利]一种层状螺旋WS2二维纳米材料的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种层状螺旋WS₂二维纳米材料的应用，属于层状二维纳米材料微纳光电集成领域。

技术背景

硫族过渡金属化合物，如MoS₂、MoSe₂、WS₂和WSe₂，由于其原子级超薄层状结构、独特的光电性质及在集成纳米系统的潜在应用，作为新的二维层状材料已经吸引了广泛的关注。不同于石墨烯材料没有带隙，这些原子级超薄二维层状材料有直接带隙并且在室温激光激发下可以有荧光发射，使其在电学及光电子学上有着极其重要的应用。

不同结构的纳米级半导体在块状半导体带隙领域设计上已得到了广泛的应用。在纳米电子学及纳米光子学应用上，获得各种结构半导体纳米结构并且拥有优秀光电性质是非常重要的。零维，一维，二维三元半导体结构研究进展表明可通过改变分子薄膜堆叠方式，来实现各种光电性质的改变。

在现有层状WS₂的制备方法中，获得以堆垛结构形式存在的WS₂薄片，这种结构的WS₂由于对称性的间歇性存在，所以在非线性光学晶体器件应用中受到很多局限。到目前为止，以WS₂螺旋结构为非线性光学晶体还未经报道。

发明内容

研究发现，就层状WS₂而言，其不同的结构呈现不同的光电性质。对于堆垛结构而言，其非线性光学性质呈现出对材料层数奇偶性的强弱变化，这样严重影响其的实际应用。而螺旋结构这种特殊的生长机制决定了每一层之间都有一个小的角度偏转，使得在常规堆垛结构中奇数层没有对称中心，偶数层拥有对称中心的现象不复存在，整个螺旋结构不论层数多少都没有对称中心，都会有很强非线性光学性质，而且层数越多，激发功率越强，非线性信号越强。

基于上述研究和现有技术的不足，本发明提供一种层状螺旋WS₂二维纳米材料的应用；尤其是提供一种层状螺旋WS₂二维纳米材料用作非线性光学晶体的技术。解决了现有技术中无法通过一种合适结构获得极强及可实际利用的微纳领域集成所需要的非线性晶体的难题。

本发明一种层状螺旋WS₂二维纳米材料的应用，所述应用包括将层状螺旋WS₂二维纳米材料用作非线性光学晶体。

本发明一种层状螺旋WS₂二维纳米材料的应用，随着层状螺旋WS₂二维纳米材料中层数的增加，其用作非线性光学晶体时，其非线性光学性质呈叠加的光学效应。

本发明一种层状螺旋WS₂二维纳米材料的应用，将层状螺旋WS₂二维纳米材料用作非线性光学晶体时，其具有高次谐波信号。

本发明一种层状螺旋WS₂二维纳米材料的应用，高次谐波信号包括二次谐波和/或三次谐波。

本发明一种层状螺旋WS₂二维纳米材料的应用，高次谐波信号具有偏振性。

本发明一种层状螺旋WS₂二维纳米材料的应用，将层状螺旋WS₂二维纳米材料用作非线性光学晶体时，其在纳米尺度领域呈现出的非线性效应没有相位匹配的要求，而且其非线性效应的强度高于BBO晶体。比如二次谐波(Second Harmonic Generation,SHG)，三次谐波(Third Harmonic Genaration,THG)，由于BBO晶体目前无法做到纳米尺度，而螺旋结构正好弥补了这一空缺，而通过我们的理论计算螺旋结构在纳米级别尺度非线性效率高于BBO晶体，因此螺旋结构实际中非线性强度会高于BBO晶体。

本发明一种层状螺旋WS₂二维纳米材料的应用，将层状螺旋WS₂二维纳米材料用作非线性光学晶体，测量所述非线性光学晶体的光学性质时，包括下述步骤：

将生长于透明石英衬底上的层状螺旋WS₂二维纳米材料放置于光学显微镜的样品台，并将波长为880～1300nm、优选为1150-1250nm的光源，通过下照光路模式以透射方式通过10倍红外物镜聚焦于层状螺旋WS₂二维纳米材料中的单个螺旋结构，光斑大为2-4μm、优选为2.5-3.5μm、进一步优选为2.8-3.2μm；依次搜集从单层到多层的非线性光学信号，得到二次谐波及三次谐波的非线性光学信号。