探测核壳结构硅纳米线中的超快载流子动力学及非线性吸收与折射

我们利用光子能量为 3.15 eV 和 1.57 eV 的飞秒时间分辨差分反射谱与透射谱，研究了由晶体核和周围非晶壳组成的硅纳米线中光生载流子的弛豫动力学。差分透射和反射瞬态的复杂行为源于纳米线表面的晶体核与非晶硅以及衬底的混合贡献，其中态填充和光致吸收的竞争效应主导了载流子动力学。观察到随着光生载流子密度的增加，弛豫速率加快。关于晶体硅-on-蓝宝石的独立实验结果有助于我们分离纳米线样品中晶体核与非晶区域的载流子动力学贡献。此外，在 1.57 eV 下进行的单光束 z-scan 非线性透射实验（包括开孔和闭孔配置） yielded 双光子吸收系数 $\beta$（约 3 cm/GW）和非线性折射系数 $\gamma$（-2.5x10^-4 cm2/GW）。