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的厚度和獨特的性質(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。它們在微電子、納米光子學(xué)、納米能源等領(lǐng)域有許多應(yīng)用前景。各種二維材料在個物理特性方面各有優(yōu)劣，對二維材料進行改性可使其應(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、高靈活性和高時空分辨率的特點，是對二維材料改性的有力手段。

圖1. 通過監(jiān)測厚度和/或自鈍化來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，對各種光與二維材料相互作用的過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按需操縱二維材料的光學(xué)、熱學(xué)或電學(xué)性質(zhì)，并進一步擴展其應(yīng)用。在激光對二維材料的改性過程中，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)，實現(xiàn)光電導(dǎo)調(diào)控及光致超快相變；也可以作為改性過程中熱的能量來源，通過光熱效應(yīng)間接實現(xiàn)對二維材料改性，實現(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；概述了其基本機制、技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用并介紹了對未來挑戰(zhàn)和機遇的看法。

文章討論了二維材料激光改性過程中的光-物質(zhì)相互作用，回顧和總結(jié)了對二維材料幾何形貌、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)還遠遠不夠完善，未來的技術(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高級會員。

課題組主頁：

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（長江學(xué)者）；自2017年以來在中國清華大學(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。