通訊作者：林琳涵，孫洪波；清華大學精密儀器系

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），引起了人們的廣泛關注。它們在微電子、納米光子學、納米能源等領域有許多應用前景。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，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改性：從原子尺度到電子尺度。

圖2. 激光輔助缺陷修復和激子調(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、熱學或電學性質(zhì)，并進一步擴展其應用。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；在激光誘導摻雜和一些氧化反應中，激光還可以協(xié)助二維材料與其他物質(zhì)發(fā)生反應生成性能優(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，并討論了前沿光學加工改性技術，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)整其電學和光學性能；概述了其基本機制、技術發(fā)展及其應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、化學成分、電子結(jié)構(gòu)以至原子結(jié)構(gòu)改性的前沿光學技術；此外，文章還討論了這些技術在各種基于二維材料的器件制備中的應用。然而，現(xiàn)有光學改性技術還遠遠不夠完善，未來的技術創(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的關鍵。

相關論文發(fā)表在JPCC上，清華大學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：清華大學精密儀器系副教授。于清華大學獲材料科學與工程學士學位（2008年）和博士學位（2013年）。2014年至2019年間，在密歇根大學迪爾伯恩分校和UT奧斯汀分校擔任博士后。研究興趣包括創(chuàng)新制造、健康和能源領域的光學納米技術及跨學科研究。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：清華大學精密儀器系教授。分別于1992年、1996年獲吉林大學電子學士和博士學位。2004年晉升為吉林大學教授（長江學者）；自2017年以來在中國清華大學工作。研究興趣包括超快激光和納米光子學。他是IEEE、OSA、SPIE和COS的Fellow。