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通訊作者：林琳涵，孫洪波；清華大學(xué)精密儀器系

作者：劉淵，林琳涵，孫洪波 

二維材料由于其原子級(jí)的厚度和獨(dú)特的性質(zhì)，如高結(jié)合能、可調(diào)帶隙和新的電子自由度（谷電子學(xué)），引起了人們的廣泛關(guān)注。它們?cè)谖㈦娮?、納米光子學(xué)、納米能源等領(lǐng)域有許多應(yīng)用前景。各種二維材料在個(gè)物理特性方面各有優(yōu)劣，對(duì)二維材料進(jìn)行改性可使其應(yīng)用范圍突破材料原有屬性的制約。激光改性作為一種非接觸式加工技術(shù)，具有高效率、高靈活性和高時(shí)空分辨率的特點(diǎn)，是對(duì)二維材料改性的有力手段。

圖1. 通過(guò)監(jiān)測(cè)厚度和/或自鈍化來(lái)精確控制激光減薄二維材料

近日，清華大學(xué)林琳涵副教授和孫洪波教授在JPCC上發(fā)表了綜述文章二維材料光學(xué)改性：從原子尺度到電子尺度。

圖2. 激光輔助缺陷修復(fù)和激子調(diào)制

在過(guò)去的十多年里，光與二維材料之間的相互作用備受關(guān)注。電子在光照下的激發(fā)可被利用到光電子和納米光子器件中，對(duì)各種光與二維材料相互作用的過(guò)程深刻理解使研究者可以改變二維材料的幾何形貌、化學(xué)成分、電子結(jié)構(gòu)甚至原子結(jié)構(gòu)。這提供了新的策略來(lái)按需操縱二維材料的光學(xué)、熱學(xué)或電學(xué)性質(zhì)，并進(jìn)一步擴(kuò)展其應(yīng)用。在激光對(duì)二維材料的改性過(guò)程中，激光可以直接激發(fā)二維材料中的電子，改變二維材料的電子結(jié)構(gòu)甚至原子結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)光電導(dǎo)調(diào)控及光致超快相變；也可以作為改性過(guò)程中熱的能量來(lái)源，通過(guò)光熱效應(yīng)間接實(shí)現(xiàn)對(duì)二維材料改性，實(shí)現(xiàn)二維材料的氧化和升華刻蝕、光熱相變、氧化石墨烯的光熱還原等；在激光誘導(dǎo)摻雜和一些氧化反應(yīng)中，激光還可以協(xié)助二維材料與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成性能優(yōu)異的新材料。聚焦于石墨烯和過(guò)度金屬硫族化合物 (TMDs)，作者從不同的角度回顧了光和二維材料之間的相互作用，并討論了前沿光學(xué)加工改性技術(shù)，以改變二維材料的形態(tài)和原子結(jié)構(gòu)，并根據(jù)需要調(diào)整其電學(xué)和光學(xué)性能；概述了其基本機(jī)制、技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用并介紹了對(duì)未來(lái)挑戰(zhàn)和機(jī)遇的看法。

文章討論了二維材料激光改性過(guò)程中的光-物質(zhì)相互作用，回顧和總結(jié)了對(duì)二維材料幾何形貌、化學(xué)成分、電子結(jié)構(gòu)以至原子結(jié)構(gòu)改性的前沿光學(xué)技術(shù)；此外，文章還討論了這些技術(shù)在各種基于二維材料的器件制備中的應(yīng)用。然而，現(xiàn)有光學(xué)改性技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠完善，未來(lái)的技術(shù)創(chuàng)新值得期待。了解激光和二維材料之間，光與物質(zhì)相互作用過(guò)程中的物理原理是獲得新技術(shù)的關(guān)鍵。

相關(guān)論文發(fā)表在JPCC上，清華大學(xué)博士研究生劉淵為文章的第一作者， 林琳涵副教授和孫洪波教授為通訊作者。

林琳涵：清華大學(xué)精密儀器系副教授。于清華大學(xué)獲材料科學(xué)與工程學(xué)士學(xué)位（2008年）和博士學(xué)位（2013年）。2014年至2019年間，在密歇根大學(xué)迪爾伯恩分校和UT奧斯汀分校擔(dān)任博士后。研究興趣包括創(chuàng)新制造、健康和能源領(lǐng)域的光學(xué)納米技術(shù)及跨學(xué)科研究。他是OSA和COS高級(jí)會(huì)員。

課題組主頁(yè)：

http://faculty.dpi.tsinghua.edu.cn/home/linlh2019

孫洪波：清華大學(xué)精密儀器系教授。分別于1992年、1996年獲吉林大學(xué)電子學(xué)士和博士學(xué)位。2004年晉升為吉林大學(xué)教授（長(zhǎng)江學(xué)者）；自2017年以來(lái)在中國(guó)清華大學(xué)工作。研究興趣包括超快激光和納米光子學(xué)。他是IEEE、OSA、SPIE和COS的Fellow。