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1、高分辨光电机理测试平台及相关材料研究进展陈学元，罗文钦中国科学院福建物质结构研究所,973 Workshop 2008 苏州,一、高分辨光电机理测试平台,高分辨光电机理测试平台简介,针对光电子材料和器件研究现状，通过引进消化吸收再创新，组建国际先进的光电功能材料机理器件的综合测试平台，并具备研制各类光电原型器件的能力，为光电子技术和产业的持续发展注入源动力。,光化学与光物理实验室,材料微结构分析测试,高分辨光电机理测试平台,原型器件制备,研制意义和紧迫性,新一代信息功能材料及器件新材料、新能源技术重大科学研究计划：量子调控、纳米研究,高分辨光电机理测试平台,平台建设目标,技术方面,研究方面,平
2、台研制内容,纳秒激光器,皮秒激光器,OPO激光器,飞秒激光器,80MHz,1.5ps,700-1000nm，SHG,THG 2.4W790nm,1kHz,100fs,240-2600nm,3.5mJ800nm,窄线宽10Hz,5ns,250-1500nm，1.5J1064nm,中带10Hz,5ns,410-2400nm，28mJ500nm,2.1 低温高分辨激光光谱模块,低温高分辨激光光谱,皮秒激光器,低温光学系统,高分辨单色仪,短寿命荧光测试系统,氙灯激发光源,锁模控制系统,高功率红、蓝色激光,千级超净室,最低温度：3 K换样品时间：5-10 分钟分辨率：0.006 nm（0.2 cm-1）
3、光谱响应：200-1700 nm荧光寿命：10 ps100 ms,自主设计，已提供对外测试,2.2 超快激光光谱模块,飞秒瞬态吸收,皮秒瞬态荧光,2.3 共焦荧光/显微拉曼/近场光学模块,Si纳米凹痕处原位拉曼成像,2.4 激光和非线性光学性能测试模块,相位匹配角、色散方程、z-scan,Maker条纹法测倍频效应,2.5 光化学与光物理扩展模块,各子系统按模块化设计，开放的光路设计，具有非常好的系统扩展性；多种激光光源共享，满足不同学科领域；实现高灵敏度(阿瓦级)和高分辨率（0.006nm）的超微弱荧光信号探测；时间分辨瞬态光谱100 fs-100 ms：100fs10us激发态寿命主要通过
4、飞秒泵浦探测瞬态吸收光谱探测；实现空间高分辨的原位微区光谱成像和检测；低温，最低3-4K,主要技术创新点,平台应用领域,过渡金属、镧系、锕系离子的光物理和光化学；分子电子学、材料的激发态物理和化学；激光光谱学；激光和半导体材料与器件；太阳能电池、发光和显示材料、纳米材料、生物医学诊断及检测；痕量分析；微区原位结构和成分分析,时间节点,2008年：平台总体设计，系统、模块技术路线和研制方案确立；千级洁净室（200m2）改造工程；共享激光光源购买到位，以及低温高分辨激光光谱测试模块、超快激光光谱模块到位；2009年：激光和非线性光学测试模块，光化学与光物理扩展模块建设；共焦荧光/显微拉曼/近场光学
5、模块到位，各个系统集成、调试；样品实测。,千级洁净室设计草图,二、纳米光电机理研究,近年来，纳米光电材料的制备和表征技术突飞猛进，但对影响其光学性能的基本物理机制缺乏深入研究，严重制约着纳米光电材料和器件的发展。,应用研发:纳米光电材料和器件：电致发光、太阳能电池,纳米光谱和光电子学,1.Eu3+:TiO2 纳米晶,Eu3+占据三种位置！（I:表面 II,III:晶格）,成功地在TiO2小纳米颗粒中实现稀土的体相掺杂！,8-10 nm,1000 nm,J.Phys.Chem.C 112,10370,(2008),稀土掺杂TiO2基纳米晶,高效光致发光,半导体,以Eu3离子为光谱学探针，可以推断
6、出Eu3离子在TiO2中所在格点位置的对称性,C2v,D2,D2d,2.Nd3+:TiO2 纳米晶,实现了Nd3+离子在TiO2中的体相掺杂和TiO2到Nd3+离子的强能量传递,3.Sm3+:TiO2 纳米晶,实现了TiO2到Sm3+的高效能量传递,观察到Sm3+在TiO2中占据多格点位置,利用Sm3+为探针，得到TiO2的带隙及缺陷能级,得到Sm3+离子4G5/2能级本征寿命为0.35ms,从TiO2到稀土离子能量传递机理,=1533 nm,强近红外发光1.5um,10K 激发谱,Anatase 20-25nm,Em-Ex523.4nmEm-Ex358nm,4.Er3+:TiO2 纳米晶,E
7、r3+在TiO2纳米颗粒中单一位置体相掺杂！高效能量传递TiO2Er3+,Opt.Lett.33,953(2008),Multiplets Exp.Fit Ea(cm-1)4I15/2 1*-19.324777 0.00 19.32 2*7.326418 15.00 7.67 3*81.028643 95.00 13.97 4*165.730145 166.00 0.27 5*218.827428 210.00-8.83 6*391.975960 378.00-13.98 7*468.629661 454.00-14.63 8*506.053744 504.00-2.05 4I13/2 9*6
8、524.502440 6525.00 0.50 10*6533.094456 6543.00 9.91 11*6594.030028 6585.00-9.03 12*6649.383239*13*6744.577594*14*6851.270456*15*6858.644296*4I11/2 16*10166.137503*17*10183.858776*18*10206.029934 10205.00-1.03 19*10268.421570*20*10328.118050*21*10329.809694*4I9/2 22*12252.251701*23*12287.099340*24*12
9、400.952571*25*12453.030088*26*12583.991317 12588.00 4.01F9/2 27*15122.056004*2 8*15133.317676 15140.00 6.68 29*15262.518105 15242.00-20.52 30*15303.095418 15291.00-12.10 31*15382.910105 15404.00 21.09,Multiplets Exp.Fit Ea(cm-1)4S3/2 32*18152.367110 18165.00 12.63 33*18195.1364802 18183.00-12.36 2H1
10、1/2 34*18971.559942 18975.00 3.44 35*19025.110706 19010.00-15.11 36*19085.842692 19104.00 18.16 37*19151.883063 19148.00-3.88 38*19200.972141 19181.00-19.97 39*19214.865588 19226.00 11.13 4F7/2 40*20320.256711 20298.00-22.26 41*20399.810982 20392.00-7.81 42*20418.394671 20430.00 11.61 43*20453.35357
11、9 20466.00 12.65 4F5/2 44*22049.011568 21997.00-52.01 45*22117.358009 22119.00 1.64 46*22160.638335 22217.00 56.36 4F3/2 47*22380.587874 22386.00 5.41 48*22452.126028 22444.00-8.13 2H9/2 49*24283.023948 24298.00 14.98 50*24295.211444 24313.00 17.79 51*24406.020035 24411.00 4.98 52*24441.557712 24426
12、.00-15.56 53*24545.591822 24525.00-20.59 4G11/2 54*25991.014125 25920.00-71.01 55*26031.042797 26062.00 30.96 56*26159.515917 26170.00 10.48 57*26244.467418 26264.00 19.53 58*26358.580779 26344.00-14.58 59*26396.693231 26427.00 30.31,C2v对称性条件下,指认了45个Er离子能级，并进行了能级拟合，误差为25.1cm-1,Free-ion and crystal-f
13、ield parameters of Er3+at the C2v Site of TiO2 nanocrystals(in cm-1).,通过计算拟合，我们首次得到Er离子在TiO2半导体纳米晶中的晶体场参数,CF strengths of Er3+ions in different hosts,介质折射率对自发辐射寿命的显著影响,稀土体相掺杂ZnO纳米晶,Eu3+:ZnO 纳米晶,成功地在ZnO小纳米颗粒中实现稀土的体相掺杂！,纳米光谱,首次观察到Eu3+在ZnO中两种占据位置！A：表面位置；B：晶格位置(体相),J.Phys.Chem.C 112,686(2008),9 nm,2.Nd3
14、+:ZnO 纳米晶,在低温下，有很强的从ZnO到Nd3离子的能量传递,3.Sm3+:ZnO 纳米晶,观测到了Sm在ZnO中三个格点位置的发光，以及从ZnO到Sm3的强能量传递,研究进展小结（2008-）,专章（*为通讯或第一作者）*Nanotechnology:Nanofabrication,Patterning,and Self Assembly(in press,Nova)*Frontier Developments in Optics and Spectroscopy(in press,World Scientific)论文*Opt Lett(2008)1篇*J Phys Chem C(2008)2篇*J Nanosci Nanotech2篇论文（submitted）*J Am Chem Soc1篇*J Phys Chem C 1篇中国专利1项,合作者,科技部973项目(2007CB936703)；中国科学院“百人计划”和重大仪器研制改造项目；国家自然科学基金;福建省青年人才创新和国际合作项,致谢,Prof.Guokui Liu and Mark R.Antonio Chemistry Division,Argonne National Laboratory,USA,
