采用飞秒瞬态吸收光谱技术研究了多层MoS₂在K谷最低激子形成过程中的多体效应对激子共振峰的影响及其内在的多体相互作用机制。经飞秒激光激发后,样品的两个激子峰都表现出早期的瞬间红移和后续先快速后迟缓的蓝移过程。早期的红移幅度随激发功率的提高而增大,但随样品温度的升高而减小。后续最低激子形成后的蓝移幅度随激发功率和样品温度的提高而减小。讨论了引起峰值红移的带隙重整化效应和引起蓝移的带填充效应在激子形成过程中的竞争关系,并且采用指数拟合估计了带隙重整化效应和带填充效应的持续时间随激光功率和样品温度的变化趋势。结果显示,引起共振峰红移的带隙重整化效应对激光功率和样品温度的依赖不明显,而引起共振峰蓝移的带填充效应随着激光功率和样品温度的提高而明显弱化,并且表现出明显的延迟效应。研究结果为动态调控二维材料光电响应性能提供了参考。

设计了一种太赫兹量子阱光电探测器(THz-QWP),并利用该器件研究了多体效应。通过表征和分析器件的光电流谱,发现多体效应改变了器件的峰值响应频率,并且引起了双响应峰现象,从而验证了多体效应能加深有效势阱深度并增大基带与第一激发能级态之间的间距。因此,在THz-QWP的结构设计中,考虑多体效应具有重要意义。

提出了一个砷化镓基(GaAs/Al_0.04Ga_0.96As)太赫兹量子阱探测器，并对其光电流谱和背景噪声限制温度进行了表征，得到峰值响应频率为6.78 THz，背景噪声限制温度为16 K.理论上，首先，考虑多体效应对器件能带结构的影响，计算得峰值响应频率为6.64 THz，考虑到制备过程中的误差(THz器件较中红外器件，铝组分低，阱宽窄)，理论与实验吻合的较好，证实了多体效应在太赫兹量子阱探测器中的重要影响；然后，对器件的电流电压特性进行研究，计算得到背景噪声限制温度为17.5 K，与实验吻合. 太赫兹量子阱探测器较低的工作温度，极大限制了其应用，提出了两种实现高温探测的方法：(1)引入光学汇聚天线，提高器件背景限制温度，计算结果表明当引入增强系数为10⁶倍的天线时，其背景噪声限制温度达到97 K(远高于液氮温度77 K)；(2)太赫兹量子阱探测器与太赫兹量子级联激光器联用，可实现信号噪声限制模式，从而实现高温探测.计算表明，当激光器功率达到0.003 mW/μm²，器件的工作温度可达77K.