研究主題與成果

在2017-2018年間，我們和賀清華教授（美國北卡羅來納大學夏洛特分校）共與美國空軍內幾位優秀的研究員一起研究一維的奈米碳管的光電效應。由於一維奈米碳管對於強場具有非常高的損壞閾值，在共振激發的狀態下，我們可以觀測到高強度的超快電子發射。這一部分的工作可詳閱：Nano Lett. 19, 158-164 (2018)。 

自2018年，我們與賀清華教授開始研究2D材料（接近單原子層）的強場效應，包含非常熱門的石墨烯與過渡金屬二硫屬化物（二硫化鉬、二硫化鎢、二硒化鉬、二硒化鎢）。這是一個跨國且多團隊的合作：二維材料由張文豪教授（陽明交通大學電物系）所提供、部分中心波長800 nm不同脈衝寬度的雷射剝蝕實驗則是由羅志偉教授（陽明交通大學電物系）所進行、其餘雷射剝蝕實驗則由賀清華教授（美國北卡羅來納大學夏洛特分校）。根據一系列的研究，我們發現在強場激發導致2D材料損毀的過程中，其不同階段牽扯到許多有趣的物理機制：首先，由於單原子層材料的厚度為次奈米等級，電磁波在此超薄材料中的穩態場幾乎是即時建立，導致其特性遠較3D材料中來的單純。換句話說，對3D材料而言，強場的傳播需藉由非線性薛丁格方程來描述，因此上述a-g的子效應皆須考慮；反之，在2D材料內電磁場可直接被視為準靜態，大幅降低計算的複雜度。關於這部分的初步實驗與理論比較驗證結果可參考：AIP Adv. 12, 015217 (2022)　與　Sci. Rep. 12, 1-9 (2022)。另一方面，2D材料受強場激發下，不論從定性或是定量的角度而言，許多非線性光學效應皆與3D的狀況大不相同！其中包含：多光子吸收與游離、強場穿隧游離、電漿加熱效應、雪崩式碰撞游離等。這些變化很有可能是來自於許多重要物理特性在不同維度下的改變（如：能量狀態密度、電子等效質量等）或是在二維量子束縛下所產生更強的激子共振效應，非常值得深入研究與探討。我們目前已預測並完成修正部分理論在不同維度間的變化（如：2D-Keldysh光游離理論與2D-雙溫度模型）。