非线性光学 (NLO) 材料在光电/光子学、光通信、光学成像、光学/THz 频率转换和光信号处理等各个领域的发展中发挥着重要作用。近十年来,人们研究了几种新型二阶和三阶 NLO 材料,以发现适合各种应用要求的合适且可定制的特性 [1-5]。本期特刊旨在重点介绍先进 NLO 材料的最新发展。本期特刊以 Zhang 等人的一篇文章开篇。[6] 该文章描述了使用飞秒 (fs) 掺铒光纤激光器在光纤中产生超连续谱 (SCG)。作者声称他们的系统高效、紧凑且价格低廉。他们可以在他们的混合高度非线性光纤中实现 20 dB 带宽(覆盖 1,020 – 2,230 nm 的范围)内跨度约为一个倍频程的 SCG。 Ahmed 等人[7]研究了四种结构不受约束的绿色荧光蛋白 (GFP) 发色团的飞秒 (800 nm, 70 fs) 三阶 NLO 特性。他们通过实验和理论计算观察到分子中具有强的二阶超极化率 (γ ~ 10 − 33 esu)。他们还报告了这些发色团的良好光限幅行为。它们还发现了在成像和非线性频率转换方面即将得到应用。Wu 等人[8]研究了在溶液中生长的一系列 98% 氘代 DKDP 晶体的非线性吸收。使用 Z 扫描技术以皮秒 Nd:YAG 激光脉冲产生的四次谐波波长 (266 nm) 获得了这些 98% 氘代 DKDP 晶体的非线性吸收系数 (β ~10 − 1 cm/GW)。 Hwang 等人 [9] 研究了可能的偏振变化,并利用全息图结果中的值分析了最佳偏振匹配状态。此外,他们还利用这些结果作为研究,以提高全息图的效率
摘要。基于密度功能理论(DFT)的第一原理计算已用于研究α-GAN晶体的结构,电子,光学和热力学方面。基于局部密度近似(LDA),广义梯度近似(GGA)和荟萃分析梯度近似(M-GGA)功能方法,已经估计α-GAN晶体的带隙能量为1.962 eV,2.069 ev和2.354 ev。这些研究中介绍的带隙能量与其他实验和理论研究的能量一致。此外,我们的发现使我们了解了α-GAN晶体的电子和光学特性。α-GAN晶体中的带隙能是定义其电气和光学特征的关键因素。它们是可以将电子从价带向传导带退出的能量范围,从而影响材料的电导率以及材料吸收并发出光的能力。我们在先前的研究中的结果大致表明了我们发现的可靠性,因此增加了我们对α-GAN的电子和光学现象的了解。通过模拟状态密度和α-GAN的状态部分密度,发现了GA和N原子的轨道特性。除了分析带结构,状态的密度和我们还包括化合物的光学特性外。结果表明α-GAN具有直接的带隙,该带隙位于布里群区的G点。这是其开发光电设备的巨大潜力的原因。此外,我们使用前面给出的三个近似值来找到该化合物的光学特性(吸收系数)。除此之外,可以像Debye温度,焓,自由能,熵和热容量一样计算的热力学特性使我们能够更好地了解化合物的热行为。检测到α -GAN的热容量为17.3 Jmole -1 K -1,Debye温度为824.6K。这项研究将对α-G-N提供详细的解释,涵盖其所有基本特性以及光电和电子设备中可能的应用。这项研究的结果非常重要,基于α-GAN研究将开发的新技术将非常有益。
通信[4] 环境监测[5] 以及可穿戴和神经形态计算[6]。这也将对物联网 (IoT) 产生影响,在物联网中,智能对象通过无线连接与环境和人体进行交互。[7] 由柔性材料制成的高性能电子设备可以在高速通信、高效图像传感等方面增加新的功能。[4c,8] 例如,如果单个光电探测器 (PD) 设备可以在宽光谱下以低功耗和低延迟工作,则可以显著提高无线通信的传输速率、传输容量和效率。此外,单个 PD 可以满足对宽光谱开关 [9] 或存储器存储 [10] 的需求。然而,到目前为止的研究主要集中于在特定波长(即紫外线 [1b,10,11] 可见光 [12] 或近红外 [13] 光谱)下高性能柔性 PD 的开发和特性描述。近来,很少有人尝试开发超快和可共形宽带光电探测器件。[8b,14] 其中,基于二维材料和钙钛矿的异质结构已显示出扩展光电探测器件工作波长的潜力。[14] 这是由于它们具有直接带隙和大吸收系数。[15] 具体而言,由于钙钛矿可溶液加工且制造成本低廉,因此在光电应用方面引起了更多关注。然而,由于迁移率低(≈1-10 cm 2 Vs)[16] 和稳定性差,[17] 光电探测器件的性能指标(例如响应度 [ R ] 和特定探测率 [D*])一般。环境条件下稳定性差的原因是水和氧分子的吸附,这大大加速了钙钛矿感光层的降解。 [15a] 人们正在努力通过不同的封装方式来提高钙钛矿基器件的稳定性,但低固有迁移率仍将是一个挑战。因此,人们仍在努力开发下一代具有宽光谱灵敏度和稳健制造路线的柔性高性能 PD。在上述背景下,砷化镓 (GaAs) 等无机化合物半导体的纳米结构和薄膜已显示出巨大的光电潜力
人类传统上将睡眠-觉醒周期与自然的 24 小时节律相一致,晚上睡觉,日出醒来。在这个周期中,阳光起到刺激作用。一种新发现的现象,称为刺激辅助可逆纳米组装 (SaRNA),表明溶液分散的纳米结构可以模拟阳光触发的睡眠-觉醒周期,在不到一分钟的时间内完成转变。这些纳米结构呈二维纳米片的形式,尺寸约为 25 纳米 - 太小,人眼无法看到 - 只能使用电子显微镜观察。这种由阳光触发的纳米片自主运动与红色和棕色之间的可见颜色变化有关。红色表示分散的纳米片的睡眠状态,而棕色表示它们以坐姿堆叠的配置。在电影中,可逆的睡眠-觉醒转变发生在几个小时的跨度内。与分散的睡眠状态相比,在堆叠的坐姿下,纳米片的电子电导率和电流高出 3.5 倍。saRNA 可在纳米片中实现可逆的机械响应,诱发 14 至 50 纳米范围内的地形振荡。这些纳米致动器在软体机器人、通过压电或摩擦电效应的纳米发电机、可切换显示器、阀门、电机、光调制、触发药物输送、化学检测等领域具有巨大的应用潜力。这是任何混合或无机固态纳米材料首次展示出永久光机械响应以利用机载能量储备的例子。这些是什么纳米片?这些纳米片由碘化铯铋 (Cs 3 Bi 2 I 9 ) 制成,属于混合钙钛矿家族。卤化物钙钛矿是一类具有特定晶体结构的材料,称为钙钛矿结构,其中金属阳离子被卤化物阴离子包围。近年来,卤化物钙钛矿引起了广泛关注,尤其是它们在太阳能电池和光电器件(如光电探测器、发光二极管和 X 射线探测器)中的出色性能。它们表现出高吸收系数、可调带隙和易于制造,使其对低成本和高效器件具有吸引力。这些 Cs 3 Bi 2 I 9 纳米片是通过热注射法制备的。事实上,Moungi G. Bawendi 因
红外光谱法对催化剂研究的最重要应用是提供有关活性位点性质,其强度和浓度的信息的能力。强度通常与测试分子在吸附时的频移相关,尽管如果表面覆盖范围足够高,这些数据可能会因吸附层中的横向相互作用而扭曲。关于该位点浓度,其基于频带强度的测量值的估计使知道测试分子的吸收系数ε的必要性变得复杂,这可能会受到吸附的影响。CO具有某些优势作为氧化物吸附剂的测试分子。在非转变金属阳离子的电场中,唯一振动的频率定期变化,反映了路易斯酸位点的强度。,关于吸附CO的吸收系数的数据是相当矛盾的[1-4]。烈矿型沸石被广泛用于催化和环境保护中。冬日矿的催化特性取决于SIO 2 /Al 2 O 3摩尔比和电荷补偿阳离子的性质。在H-摩尔迪派中,最重要的特征是酸性OH基团的分布,这取决于框架中Al-Al-Al-tetrahedra的数量和分布。在[5]中,通过吸附CO的IR光谱估算了Lewis和Brønsted酸位点的数量以及硅烷酚基团的数量,而通过NMR数据测量了Alu-Minum的含量。沸石OH基团从3613转到3290 cm –1的偏移伴随着2175 cm –1的吸附CO带的生长(图1)。对应关系还不错,但是IR测量基于其他沸石获得的CO或OH组的ε值,尽管已知即使在相同的冬日岩结构中,桥接的Brønsted羟基也没有等效,并且在其位置上也有所不同。在这里,我们报告了综合灭绝系数和吸附焓的测量结果,用于在激烈岩上吸附的不同CO物种,SIO 2 /Al 2 O 3摩尔比〜15.0。在–196°C下进一步添加气体在2137 cm –1处导致条带,这是由于我们认为的,这是由于带有Siloxane bridgs的侧面复合物引起的[6]。按照[3]中描述的步骤,我们测量了从压力增加到从细胞底部提高样品到环境温度的吸附CO的数量。在2175 cm –1和2137 cm –1时,带为2175 cm –1 –1和2.0±0.1 cm/μmol的带为1.77±0.09 cm/μmol。
铅卤化物钙钛矿表现出一系列对光电应用尤其是光伏应用具有吸引力的性质。这些性质包括易于制造钙钛矿薄膜,该薄膜具有极长的载流子寿命和陡峭的吸收起始点,导致吸收系数 > 10 4 cm − 1 ,仅比带隙高出几个 meV。[1] 在铅卤化物钙钛矿家族中,最佳光电性能出现在约 1.5 至 1.8 eV 的带隙范围内,这对于用作串联或三结太阳能电池中的高带隙吸收剂来说是一个非常有用的范围。[2] 在这个带隙范围内,钙钛矿只有 III − V 半导体可以与之竞争,[3] 但其优势是制造成本明显较低。虽然有许多直接半导体具有良好的吸收率和适合光伏应用的带隙 [4],但很少有半导体像铅卤化物钙钛矿一样具有如此低的非辐射复合损失和如此高的发光量子效率。 [5–7] 这不仅可以在单晶中实现,而且也可以在多晶薄膜中实现。 [8] 这些多晶材料性能良好的一个具体原因是铅卤化物钙钛矿的反键价带会导致浅的本征缺陷 [9],并使铅卤化物钙钛矿家族获得了“缺陷容忍半导体”的称号。 [10,11] 目前该技术有两个主要缺点阻碍其商业化:[12] 一是材料的长期稳定性,二是使用有毒元素铅,但铅对于理解优越的光电特性至关重要 [11] 因此很难替代。目前有各种策略可以替代铅、减少铅或将其安全地包含在薄膜内。[13] 在提高稳定性方面,业界越来越重要的一种主要方法是用无机元素(如铯)取代迄今为止通常使用的有机阳离子甲铵或甲脒。[14] 这里的关键挑战是如图 1a 所示的钙钛矿结构(ABX 3 )必须包含适当大小的 A 位阳离子,以稳定钙钛矿结构核心的 BX 6 八聚体。鉴于 Pb 和 I 或(在较小程度上)Br 的尺寸相对较大,A 位阳离子必须足够大。
第一学期 论文 IV – 电子设备 第一单元 晶体管:JFET、BJT、MOSFET 和 MESFET、不同条件下 IV 特性方程的结构推导、微波器件、隧道二极管、传输电子器件(Gunn 二极管)、雪崩渡越时间器件、Impatt 二极管和参数器件。 第二单元 光子器件:辐射和非辐射跃迁、光吸收、体和。 薄膜光电导器件 (LDR)、二极管光电探测器、太阳能电池(开路电压和短路电流、填充因子)、LED(高频极限、表面和间接复合电流的影响、LED 的运行)、半导体;二极管激光器(激活区域中粒子数反转的条件、光限制因数、光增益和激光的阈值电流。单元 - III 存储设备:只读存储器 (ROM) 和随机存取存储器 (RAM)。ROM 的类型:PROM、EPROM、EEPROM 和 EAPROM、静态和动态 RAM (SRAM 和 DRAM)、SRAM 和 DRAM 的特性。混合存储器:CMOS 和 NMOS 存储器、非易失性 RAM、铁电存储器、电荷耦合器件 (CCD)、存储设备:磁性(FDD 和 HDD)和光学(CD-ROM、CD-R、CD-R/W、DVD)存储设备的几何形状和组织。单元 - IV 电光、磁光和声光效应,与获得这些效应相关的材料特性,这些设备的重要铁电、液晶和聚合物材料,压电、电致伸缩和磁致伸缩效应。这些特性的重要材料及其在传感器和执行器设备、声学延迟线中的应用,压电谐振器和滤波器、高频压电器件-表面、声波器件、单元 - V 太阳能光伏能量转换物理和材料特性基础、光伏能量转换基础:固体的光学特性。直接和间接过渡半导体,吸收系数和载流子带隙复合之间的相互关系。太阳能电池的类型、pn 结太阳能电池、传输方程、电流密度、开路电压和短路电流、单晶硅和非晶硅太阳能电池的简要说明、先进太阳能电池的基本概念,例如串联太阳能电池。固体液体结太阳能电池、半导体的性质、电解质结、光电化学太阳能电池的原理。教科书和参考书:1. SM Sze Willey (1985) 半导体器件 - 物理技术 2. MS tyagi 半导体器件简介 3. M Sayer 和 A Manisingh 物理学和工程学中的测量仪器和实验设计 4. Ajoy Ghatak 和 Thyagrajam 光电子学 5. Millman Halkias:电子设备
B为VI族元素,例如Bi 2 Se 3 、Bi 2 Te 3 、Sb 2 Te 3 和In 2 Se 3 ,由于其独特的电子性质而受到越来越多的关注。 [2] 例如,半导体In 2 Se 3 表现出厚度相关的带隙(从块状晶体的1.3 eV到单层的2.8 eV)。 [3] 与无间隙石墨烯和过渡金属二硫属化合物相比,In 2 Se 3 的电子性质显示出明显的优势,后两者仅在单层中表现出相对较大的带隙(1.5–2.5 eV)。 [4] 当用作光学材料时,In 2 Se 3 表现出高吸收系数、宽范围响应度(从紫外线(325 nm)到短波长红外(1800 nm))和高灵敏度。 [5] 与其他对空气敏感的直接带隙二维材料(如黑磷(BP)[1c])不同,完整的 In 2 Se 3 薄片在空气中非常稳定。最近,基于单个 In 2 Se 3 纳米片的光电探测器具有高光敏性(10 5 AW − 1 )和快速、可逆和稳定的光响应特性。[5] In 2 Se 3 的优异性能优于许多其他二维材料(如石墨烯、BP 和 MoS 2 ),为大面积光电探测器提供了重要的基础。[6] 尽管如此,具有大晶畴的无缺陷 In 2 Se 3 薄片的可扩展生产仍然是其实际应用的障碍。微机械剥离是生产高质量薄 In 2 Se 3 纳米片的最著名方法。[5,7] 然而,它的剥离产率极低,仅适用于基础研究。 [8] 克服这一限制的潜在方案包括化学气相沉积、[2c] 液相剥离 [9] 和湿化学合成。[10] 然而,这些方法制备的 In 2 Se 3 薄片通常具有大量缺陷和较差的光电性能。[9,11] 例如,通过气相沉积获得的 In 2 Se 3 纳米片的光响应度(3.95 × 10 2 AW − 1)明显低于透明胶带剥离薄片(10 5 AW − 1)。[8] 从基本角度来看,In 2 Se 3 是一种由弱范德华力连接的层状材料,层间距离为 0.98 nm,比许多其他层状化合物(0.3–0.7 nm;图 1 a、b;图 S1,支持信息)大得多。因此,插入客体分子或离子,特别是在溶液中电流的驱动下,可以成为将二维晶体分层成单个薄片的合理策略。[12]
聚合物太阳能电池(PSC)因其机械柔性、重量轻和大规模卷对卷制造等优势,作为一种有希望的可再生能源技术而备受关注。近年来,PSC 取得了长足的进步,这得益于新型光伏材料的开发和活性层形貌的调节。到目前为止,使用 p 型聚合物作为供体和 n 型小分子作为受体的 PSC 的光电转换效率(PCE)已超过 19%。其中,全 PSC 因其更高的热稳定性和机械柔性而被视为最有希望实现商业应用的候选材料之一。随着人们对聚合物受体材料的设计和合成投入巨大努力,包括苝二酰亚胺 (PDI)、萘二酰亚胺 (NDI)、B ← N- 桥联吡啶聚合物和聚合小分子受体 (PSMA),光伏性能得到了显着提高,PCE 超过 18%。与 PDI、NDI 和 B ← N 型聚合物受体相比,PSMA 因其吸收范围更广、吸收系数更强而受到更多关注。为了进一步提高全 PSC 的 PCE,合成高性能聚合物受体和精细调节活性层形貌至关重要。由于 Y 系列 SMA 在 PSC 中的巨大成功,一种广泛使用的合成聚合物受体的方法是聚合 Y 系列 SMA(图 1)。Wang 等人。 (2020) 报道了一种以 Y5-C20 为结构单元、噻吩为桥联单元的 PYT 窄带隙 PMSA,并详细研究了不同分子量对 PYT 光电性能和活性层形貌的影响。结果表明,中等分子量的 PYT 与 PM6 表现出合适的混溶性,有利于获得更均衡的载流子迁移率、更强的分子间聚集性、更有序的特性、更高的电荷传输能力和更少的能量损失,与低分子量和高分子量的 PYT 相比,其光伏性能提高了 13.44%。此外,当在分子主链上采用三种不同功能单元的无规共聚时,可以通过改变不同部分的摩尔比来轻松调节所得聚合物的能级和吸收光谱等光电性能。基于这一策略,Du 等人(2020) 通过随机共聚 3-乙基酯噻吩 (ET) 与 A-DA ' DA 型 SMA 单元 (TPBT-Br) 和噻吩桥联单元,合成了一系列三元共聚物 PMSAs PTPBT-ET xs。研究发现
摘要 :在线性介质中,折射率和吸收系数与光的强度无关,光的频率在介质中不会改变,频率仅取决于光源,重叠原理适用,光和光不能被控制(不会发生光子-光子相互作用)。在非线性环境中;折射率取决于光的强度,频率变化,重叠原理不适用,光可以通过光控制。非线性光学有许多应用,这些应用每天都变得越来越普遍。其中一些应用是光开关,全息图,激光物理,光通信。这些差异可以通过激光脉冲的形状及其与理论形式的偏差来解释,这通常很难确定。影响材料非线性参数测量精度的另一个因素是激光功率测量的不确定性和聚焦光束的腰部尺寸,与高斯分布的偏差,所研究材料的不均匀性等。线性是介质的属性,而不是光的属性。在没有非线性光学物质(空的空间)的情况下,无法观察到它。通过改变介质的性质,光会导致穿过该介质的光的性质发生变化,甚至是其自身的性质。高功率光源在穿过其所经过的材料时可能具有不同的能量(频率)值。如果施加的外部电场(E)的值足够大(使用高能强度光),则偏振矢量也将包括非线性效应。CS 2 被对非线性光学感兴趣的科学家接受为非线性测量的标准测试材料。CS 2 的一些应用是熏蒸、杀虫剂、溶剂、制造、健康影响。关键词:光学、激光、非线性光学、测量技术、Z 扫描、机械工程。简介纳米技术的改进和具有特定性质的新纳米材料的创造导致越来越需要研究新创造材料的光学特性的非线性。光学材料(包括有机材料)的非线性折射和非线性吸收对于使用强大激光源的系统中光学元件的运行至关重要。激光技术的发展和改进要求提高材料光学非线性研究过程的准确性和自动化程度。在实践中,有一些方法用于研究一种或另一种非线性效应。这些方法之一 Z 扫描方法特别适合同时研究与材料介电导率相关的两种非线性效应:非线性吸收和非线性折射。目前已使用两种改进方法:用于研究光学非线性吸收的开孔径 Z 扫描方法和用于研究材料非线性折射的闭孔径 Z 扫描方法。有机非线性光学领域为基础研究和技术应用提供了许多令人兴奋的机会。与微电子和基因工程等其他高科技领域一样,科学和技术可以预期会共享重要的相互作用,其中一个方面的进步可以促进另一个方面的进步
