带隙渐变纳米线的制备及其非线性光学效应研究

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1、带隙渐变纳米线的制备及其非线性光学效应研究汪雨，吴志瀚，谷付星（上海理工大学，光电信息与计算机工程学院，上海，200093）摘要：半导体纳米材料的带隙是决定其应用的重要参数之一，而一般的半导体材料只有单一的带隙，这就限制了其应用范围。在有金催化剂参与的气-液-固生长法的过程中，加入移动源这一步骤，成功制备出了单根带隙渐变的硫硒化镉纳米线，对应的带隙从2.44eV渐变到1.74eV，并使用波长为405nm的激光照射该纳米线得到它的荧光光谱图来证实其带隙呈渐变状态。利用波长为1064nm的激光，将其耦合进单根纳米线中，产生了532nm的绿色倍频光和双光子荧光，证

2、明硫硒化镉纳米线具有二阶和三阶的非线性光学效应。关键词：半导体纳米线；硫硒化镉；气-液-固法；非线性光学效应中图分类号：O614;O437文献标志码：ATunableBandgapalongSingleNanowire:SynthesisandNolinearOpticalEffectWANGYu,WUZhihan,GUFuxing（SchoolofOptical-ElectricalandComputerEngineering,UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai,200093,China

3、）Abstract:Thebandgapofsemiconductorofnanomaterialisoneofimportantfactorsinfluencingitsapplication.Acommonsemiconductorjusthassinglebandgap,whichconfinesitsapplication.ByVLS(vapor-liquid-solid)processusingAuascatalystandmovingthesource,realizingsinglenanowirewithtunablebandgap.Itspa

4、rtofthetransitionfrompureCdSinoneendtopureCdSeinotherside,correspondingbandgapis2.44eVand1.74eV,respectively.ThePLspectraberadiatedbythelaserof405nmcanconfirmthetunablebandgapoftheCdSSenanowireswesynthesis.Couplingthelaserof1064nmintothenanowire,resultingingreendoublefrequencylaser

5、of532nmandtwo-photonfluorescence,whichprovesthatCdSSenanowirehasbothnolinearopticaleffectofsecondandthirdharmonicgeneration.Keywords:semiconductornanowires;CdSSe;VLS;nolinearopticaleffect随着显微镜相关技术的发展，人们对微观世界的认识又更进了一步，纳米材料开始步入人们的视野，在科研和生活中得应用越来越广泛。半导体纳米材料在发展纳米光电子器件制造方面有着良好的应用前景,其中一维

6、纳米线由于其结构简单、制造方便、大的比表面积、优异的机械和光电性能[1]，逐渐成为纳米材料研究的热点[2]。这些一维半导体纳米线在光电探测器、光电开关、存储器等光电元器件方面有着潜在的应用。而带隙作为半导体材料的重要参数，直接决定材料的吸收和发光光谱。VLS法[3]是最成功最普适的制备纳米线的方法，其原理是将蒸发源放进抽真空的高温炉管中加热，让蒸发源变成蒸汽，在惰性气体的气流的带动下，进入低温区并溶解在金属催化剂液滴中，随着生长时间的增加蒸发源结晶析出，生长出纳米线。根据原材料的不同可以制备出不同带隙的纳米线，但是其缺点就是一次只能制备单一带隙的纳米线，无法

7、实现带隙的渐变可调[4][5]。后来有人对VLS法提出两种改进，分别是温度梯度法和浓度梯度法。温度梯度法是通过衬底上温度梯度的不同来制备不同带隙的纳米线，得到带隙渐变的纳米线。而浓度梯度法是将反应物放在不同的位置，来让衬底上方的气相浓度不同，从而生长出不同带隙的纳米线。这两种方法都可以让制备出的纳米线的本征荧光沿衬底实现可见光范围内的全光谱发射[6]，但缺点就是无法得到单根带隙渐变的纳米材料。本课题使用一种移动源VLS法[7]，即在传统的VLS法基础上，通过移动反应物来让不同的反应物在特定的温度和时间下生长，当第一种材料生长完成后，移动反应物换成另一种材料生

8、长，控制移动距离、速度和浓度梯度的差异，可以很好的在