二维层状材料非线性光学与超快载流子动力学的研究的开题报告.docx

二维层状材料非线性光学与超快载流子动力学的研究的开题报告
一、研究背景
目前，二维层状材料非线性光学与超快载流子动力学等相关研究领域在光电子学和信息通信领域具有广泛的应用前景和理论意义。二维层状材料作为一种新型的材料，具有超薄、超大表面积、强量子限制效应等独特的物理特性，成为近年来国际上研究热点之一。二维层状材料非线性光学与超快载流子动力学的研究可以为超fast光电子学、信息存储和处理技术等领域的应用提供新的材料和理论基础，对于推动光电子学和信息通信技术的发展，具有重要的现实意义。
二、研究内容
本课题主要研究二维层状材料的二次谐波、四波混频等非线性光学及带隙、载流子输运、电荷转移率等超快载流子动力学等方面的基础理论和实验研究。主要内容如下：
1、理论计算：建立适合于不同种类二维层状材料的非线性光学理论模型，并在此基础上探索其非线性光学特性，如二次谐波、四波混频等。
2、实验制备：采用机械剥离、化学气相沉积、液相外延、分子束外延等技术，制备大面积、高质量的不同种类的二维层状材料。
3、光谱分析：利用经典的原子力显微镜、拉曼光谱、紫外-可见光谱（UV-vis）和荧光光谱等手段表征二维层状材料的结构、光学性质和光生性质等。
4、非线性光学实验：运用飞秒激光实验系统，对不同种类二维层状材料样品进行二次谐波、四波混频等非线性光学实验研究。
5、超快载流子动力学实验：利用飞秒激光实验系统，研究不同种类二维层状材料的激发、复合、电子输运和电荷转移率等超快载流子动力学过程。
三、研究方法
本研究将采用理论计算与实验相结合的方法，首先通过密度泛函理论（DFT）计算具有代表性的二维层状材料的能带结构和各项物理性质，对其非线性光学特性和超快载流子动力学规律进行研究；其次通过实验，利用机械剥离、化学气相沉积、液相外延、分子束外延等方法制备不同种类的二维层状材料，通过拉曼光谱、紫外-可见光谱、荧光光谱等手段对其进行表征；最后采用超fast激光实验系统进行二次谐波、四波混频和载流子动力学等实验研究。
四、研究意义
1、二维层状材料非线性光学和超快载流子动力学的研究将为光电子学和信息技术领域的应用提供新的材料和理论基础。
2、物理学和材料科学领域的研究人员将从中获得对超fast载流子动力学行为的深入理解以及成为设计和控制二维材料性质的关键因素的物理学知识。
3、对于二维层状材料的物理特性和光电应用方面的探索与发展都有很大的推动作用。
五、研究难度及可行性
本研究计划开展的实验和计算具有一定的难度，需要掌握相关的理论和实验技术。但是，随着实验和计算技术的不断发展，本课题的实现具有可行性。此外，本课题组成员曾从事过具有代表性的二维材料的制备和性质研究，有丰富的科研经验，可为本课题的开展提供充分的保障。
六、预期成果
1、完成适合于不同种类二维层状材料的非线性光学理论模型；
2、完成大面积制备不同种类的二维层状材料，并进行表征；
3、研究不同种类二维层状材料的非线性光学、超快载流子动力学规律；
4、发表多篇国际高水平SCI论文。