文档介绍：哈尔滨工业大学理学硕士学位论文
摘要
瞬态光栅技术作为一种四波混频技术,可以用来探测各能级电子的振动特
性,是研究物质载流子动力学的有力工具。飞秒瞬态光栅技术由于具有极高的
时间分辨率,并且不受样品的形态、尺寸限制,可以分析样品中载流子的扩散
和复合过程,因此在气相、固相、液相等物理化学材料的超快弛豫动力学研究
过程中得到了广泛的应用。
石墨烯由于具有独特的电学和光学性质,在超高性能计算机、纳电子器件、
光子传感器等方面具有广阔的应用前景,成为近年来的研究热点。但是目前,
由于人们对石墨烯载流子动力学机制的认识尚不清楚,相关理论还不够完善,
对于石墨烯的进一步研究及应用受到了一定的制约和限制。四氧化三铁( Fe34 O )
作为一种典型的非金属磁体材料,在记录材料、磁导器件、催化剂以及生物医
学等方面得到了广泛的应用,尤其是 Fe34 O 纳米颗粒以及 Fe34 O 复合材料等方面
的研究吸引了人们越来越多的关注。基于飞秒瞬态光栅技术具有分辨率高、能
够探测电子的振动特性的特点,本文将采用瞬态光栅技术对四氧化三铁和石墨
烯的载流子迁移特性进行研究。
本论文介绍了瞬态光栅技术理论,推导了测量载流子迁移率、载流子扩散
系数和能级寿命的理论公式。通过搭建 400 nm 和 800 nm 的飞秒瞬态光栅光路,
分别对四氧化三铁薄膜和石墨烯的分散液及石墨烯薄膜进行研究。通过测量样
品在不同延迟时间下的衍射光强,得到相应的动力学曲线,计算并分析了四氧
化三铁薄膜与石墨烯的载流子扩散系数、载流子迁移率和能级寿命。
关键词:瞬态光栅;超快弛豫动力学;石墨烯;四氧化三铁
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哈尔滨工业大学理学硕士学位论文
Abstract
As a typical four-wave mixing technique, transient grating spectroscopy is a
powerful tool for probing carrier dynamics in materials. Because of its great
advantages of high time-resolution and none requirement of morphology and size of
samples, transient grating spectroscopy is widely used in physical and chemical
researches to study carrier dynamics in gas, solid, liquid phase materials.
Due to the specific electronic and optical properties, graphene has great
potential to manufacture high-puter, nano-scale dielectric devices
and photon transistors, so researches on graphene have attracted more and more
interests. However, the knowledge of carrier dynamics in graphene is not very clear
and the relative theories are not adequate, and then further researches and
applications of graphene are limited. As a typical nonmetal ic material, Fe3O4
is widely used in recording materials, ic permeability devices, catalyst and
biomedicine. Especially, researches on Fe3O4 nanoparticles and posite
materials have attracted more and more attentions. Because of the high
time-resolution and the ability to detect the properties of electrons, the carrier
mobility characteristics of Fe3O4 and graphene with transient