近期，中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部王俊研究员团队，在层状AgInP2S6纳米片非线性光学行为和超快载流子动力学方面取得进展，相关成果以“Microscopic nonlinear optical activities and ultrafast carrier dynamics in layered AgInP2S6”为题发表于Photonics Research。
以石墨烯、过渡金属硫化物和黑磷为代表的二维材料，由于其独特的物理化学性质，在推动基础物理学和光电设备发展方面具有关键作用，引发了研究人员的浓厚兴趣。然而，这些材料也有其局限性，如带隙较小和环境稳定性差等。因此，开发具有大带隙、结构稳定的二维材料将有利于其在更宽波长范围内的应用。AgInP2S6是过渡金属磷三硫族化合物（MPX3）家族中的一员，其较大的带隙结构使其构成的二维材料光电应用范围扩展到紫外和可见光波段。
研究团队采用化学气相传输和机械剥离法制备了一系列不同厚度的 AgInP2S6纳米片。通过一系列表征技术和第一原理计算确定了样品的晶体结构和能带结构。利用显微Z／I扫描装置研究了样品的三阶非线性光学特性，研究表明AgInP2S6纳米片在520 nm激发下的双光子吸收系数比1040 nm大一个数量级，饱和强度小一个数量级，更容易在可见光范围内达到饱和。利用显微泵浦探测装置和荧光光谱分析了超快载流子动力学过程，AgInP2S6纳米片首先表现出激光诱导吸收过程，随后是载流子弛豫过程，包括非辐射复合和缺陷能级辅助复合。线性、非线性光学以及超快载流子动力学过程的详细研究将为探索和开发基于AgInP2S6的光子器件提供参考。
该工作得到了国家自然科学基金委、上海市科委等项目的支持。
图1 （a）在石英基底上剥离的不同厚度AgInP2S6纳米片的光学图像。（b）显微Z／I扫描装置示意图。（c）显微泵浦探测装置示意图。
图1 AgInP2S6纳米片分别在（a）520 nm和（b）1040 nm飞秒脉冲激发下的显微强度扫描结果。（c）443．74 nm和（d）102．95 nm AgInP2S6纳米片在不同泵浦强度下的载流子弛豫过程。