二维半导体的相干声学声子研究进展

飞秒脉冲激光激发固体薄膜材料产生的相干声学声子可以快速无损获取发光材料与器件结构特性,对于光电器件功能界面的无损检测及成像具有重要意义。相较于热弹性机制的传统金属薄膜光声换能器,二维半导体材料具备宽谱吸收、表面原子级平整、层数易控等优良特性。飞秒激光激发二维半导体能原位产生相干声学声子振荡,为进一步发射超快声波脉冲获取界面信息创造了条件,广泛适用于无损评测发光器件的缺陷分布、力学性能和界面品质。本文主要介绍二维半导体中相干声学声子的研究进展,并讨论利用超快光声转换的高穿透深度、高时空分辨测量技术重大的科学意义与社会价值。

飞秒激光激发磁性薄膜产生相干声学声子的研究

飞秒激光脉冲和磁性薄膜中的MnIr层相互作用激发了初始相位为90°,在薄膜中传播速度为4 300 m/s的相干声学声子,该声学声子的振动频率与激光能量密度无关,与该磁性薄膜总厚度成反比.相干声学声子的产生机理可能为飞秒激光激发磁性薄膜的电子,使电子温度急剧上升,随后由于激光吸收而强度减弱形成了一个瞬间的随深度增加而减小的电子温度梯度,使晶格在深度方向相干振荡,即激发了声学声子.另外,外磁场的变化对声学声子的频率的影响在实验误差范围内,说明磁相互作用和晶格中的电相互作用相比是非常弱的.

Fe/Si薄膜中相干声学声子的光激发研究

本文通过抽运一探测技术,利用飞秒激光脉冲激发并探测了Fe/Si薄膜中的高频相干声学声子.通过经典的阻尼谐振函数,对声学声子的动力学行为进行了拟合.实验及拟合结果表明,该声学声子的共振频率约为0.25 THz,其退相时间约为12 ps,且都与激发光的波长和能量密度无关.声学声子的振幅随着激发光能量密度的增加而线性地增强.临界参数12_Τe-ph/T约为0.6,表明相干声学声子的驱动力主要来源于电子热应力的贡献.最后,结合薄膜的厚度和质量密度,可以得到室温下垂直于该.Fe/Si薄膜表面(out of plane)的弹性常数C_⊥约为283 GPa.

SnSe_(2)薄膜的载流子与声子动力学研究

基于自建的超快抽运探测实验系统,研究了化学气相沉积法生长的SnSe_(2)薄膜的超快载流子与声子动力学。对SnSe_(2)薄膜随抽运能量密度变化的载流子弛豫过程的测量结果表明该薄膜具有超快的载流子热化过程和皮秒至纳秒时间尺度的复合过程。伴随着光生载流子的超快激发和能量弛豫,SnSe_(2)薄膜发生晶格热化,产生了特定频率的相干声学声子。通过分析声学声子振荡信号随抽运能量密度变化的规律,揭示了SnSe_(2)薄膜产生的相干声学声子的特性。研究结果对SnSe_(2)薄膜在光电器件领域的应用研究具有一定的参考价值。

基于飞秒激光超快光谱的生物表界面力学参数全光测量(特邀)

通过飞秒激光泵浦探测,在多层二硫化钼与生物水凝胶复合界面上,实现了GHz超高频声波的全光产生与时间分辨探测。进一步,采用频谱分析与理论解析手段,获取了生物水凝胶的声速和杨氏模量等力学参数。研究结果为生物表界面力学参数提供了一种全光无损测量方法,可为基于二维半导体的新型光声换能器构建、生物表界面力学参数的成像和超高时空分辨探测技术发展提供理论和实验参考。