Li Fang

Sb ₂ S ₃ /SnSe ₂ vdW heterostructure shows thermodynamic stability and type-II band alignment with a 1.04 eV indirect band gap, enabling efficient charge separation and strong visible-light absorption, promising for photovoltaic applications.

Développement des miroirs absorbants saturables ultra-rapides pour des applications au traitement de signaux optiques à très haut débit et la génération d’impulsions laser ultra-courtes à 1.55 µm: Dans cette thèse, nous avons développé et étudié des miroirs absorbants saturables ultra-rapides, pour des applications au traitement de signaux optiques à très haut débit et la génération d’impulsions laser ultra-courtes à 1.55 µm. Dans une première partie, nous avons développé un miroir absorbant saturable ultra-rapide basé sur le semi-conducteur In₀.₅₃Ga₀.₄₇As soumis à une implantation ionique à température élevée de 300 °C. Des ions Fe ont été utilisés car il a été démontré que les niveaux Fe²⁺/Fe³⁺ peuvent agir comme des centres de recombinaison efficaces pour les électrons et les trous dans In₀.₅₃Ga₀.₄₇As. Nous avons étudié la durée de vie des porteurs en fonction de la dose ionique, la température et le temps de recuit. A part la durée de vie rapide, les caractéristiques de réflectivité non-linéaire, telles que l’absorption linéaire, la profondeur de modulation, les pertes non saturables ont été étudiées dans différentes conditions de recuit. Après un recuit à 600 °C pendant 15 s, un échantillon présentant une grande amplitude de modulation de 53,9 % et une durée de vie de porteurs de 2 ps a été obtenu. Dans une seconde partie, la gravure par faisceau d’ions focalisés (FIB) a été utilisée pour fabriquer une structure en biseau ultrafin sur de l’InP cristallin, pour réaliser un dispositif photonique multi-longueur d’onde à cavité verticale. Les procédures de balayage FIB et les paramètres appropriés ont été utilisés pour contrôler le re-dépôt du matériau cible et pour minimiser la rugosité de surface de la zone gravée. Le rendement de pulvérisation de la cible en InP cristallin a été déterminé en étudiant la relation entre la profondeur de gravure et la dose ionique. En appliquant les conditions de rendement optimales, nous avons obtenu une structure en biseau ultrafin dont la profondeur de gravure est précisément ajustée de 25 nm à 55 nm, avec une pente horizontale de 1:13000. La caractérisation optique de ce dispositif en biseau a confirmé le comportement multi-longueur d’onde de notre dispositif et montré que les pertes optiques induites par le procédé de gravure FIB sont négligeables. Dans une troisième partie, nous avons démontré que la réponse optique non-linéaire du graphène est augmentée de manière résonnante quand une monocouche de graphène est incluse dans une microcavité verticale comportant un miroir supérieur. Une couche mince de Si₃N₄ a été déposée selon un procédé de dépôt par PECVD spécialement développé pour agir comme couche de protection préalable avant le dépôt du miroir supérieur proprement dit, permettant ainsi de préserver les propriétés optiques du graphène. En incluant une monocouche de graphène dans une microcavité appropriée, une profondeur de modulation de 14,9 % a été obtenue pour une fluence incidente de 108 µJ/cm². Cette profondeur de modulation est beaucoup plus élevée que la valeur maximale de 2 % obtenue dans les travaux antérieurs. De plus un temps de recouvrement aussi bref que 0,7 ps a été obtenu.

Asymmetric halogen-terminated Ti ₃ C ₂ MXenes are found to be potential candidates for both chemiresistor-type NO ₂ sensors and spintronic/magnetic-type NO ₂ sensors, revealing their versatility as frontier functional materials.

In this study, a Janus BiTeCl/SnSe₂ van der Waals (vdW) heterostructure is constructed and systematically investigated for its potential in solar cell applications using first-principles calculations. The heterostructure introduces distinct contact interfaces (Cl-Se and Te-Se), both exhibiting a type-II band alignment. However, the conduction band minimum (CBM) and valence band maximum (VBM) contributions vary, depending on the interface. The Cl-Se interface demonstrates a significantly higher power conversion efficiency (PCE) of 20.11%, attributed to the suitable bandgap of the SnSe₂ donor material and a smaller conduction band offset. Both interfaces exhibit enhanced optical properties compared to those of isolated BiTeCl and SnSe₂ monolayers. Additionally, the electronic structure of the heterostructure is tunable via biaxial strain and electric fields, enabling further optimization of the PCE. Moreover, optical absorption can be adjusted by biaxial strain and electric fields. These findings position the Janus BiTeCl/SnSe₂ heterostructure, particularly the Cl-Se interface, as a promising candidate for next-generation photovoltaic devices, offering both high efficiency and an external tunability.

Chiral organic-inorganic hybrids combining chirality of organic molecules and semiconducting properties of inorganic frameworks generate chiral excitons without external spin injection, creating the potential for chiroptoelectronics. However, the relationship between molecular chirality and exciton chirality is still unclear. Here we show the strain-amplified exciton chirality in one-dimensional chiral metal halides. Utilizing chirality-induced spin-orbital coupling theory, we quantitatively demonstrate the impact of the strain-engineered molecular assembly of chiral cations on exciton chirality, offering a feasible way to amplify exciton chirality by molecular manipulation.

Through first-principle calculations, the electronic properties of the PtSe₂/Hf₂CO₂ van der Waals heterostructure can be modulated by electric fields and biaxial strain, showing its potential applications in various devices.

To achieve high-quality voice communication technology without noise interference in flammable, explosive and strong electromagnetic environments, the speech enhancement technology of a fiber-optic external Fabry–Perot interferometric (EFPI) acoustic sensor based on deep learning is studied in this paper. The combination of a complex-valued convolutional neural network and a long short-term memory (CV-CNN-LSTM) model is proposed for speech enhancement in the EFPI acoustic sensing system. Moreover, the 3 × 3 coupler algorithm is used to demodulate voice signals. Then, the short-time Fourier transform (STFT) spectrogram features of voice signals are divided into a training set and a test set. The training set is input into the established CV-CNN-LSTM model for model training, and the test set is input into the trained model for testing. The experimental findings reveal that the proposed CV-CNN-LSTM model demonstrates exceptional speech enhancement performance, boasting an average Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ) score of 3.148. In comparison to the CV-CNN and CV-LSTM models, this innovative model achieves a remarkable PESQ score improvement of 9.7% and 11.4%, respectively. Furthermore, the average Short-Time Objective Intelligibility (STOI) score witnesses significant enhancements of 4.04 and 2.83 when contrasted with the CV-CNN and CV-LSTM models, respectively.