研究目的
探索氧化锌作为非线性光学材料对理解其产生的光学非线性基本物理机制具有重要意义。深入研究中间缺陷态增强及其他物理性质对电子束诱导的影响，可能是理解光学非线性产生根源以及设计和开发多功能非线性光学器件的可行途径。
研究成果
研究了8MeV电子束辐照对ZnO纳米结构结构、光学、形貌及非线性光学性能的影响。电子束辐照导致光学吸收边移动，引起带隙窄化效应。局域缺陷态的形成进一步证实了该带隙减小现象，通过乌尔巴赫尾验证。广角X射线衍射分析表明辐照薄膜呈现六方纤锌矿结构的 polycrystalline 相，XRD结果还量化了Zn-O键长的伸长。原子力显微镜观测显示表面形貌特性变化，表现为颗粒断裂且以豌豆状分布更趋有序。通过室温光致发光、X射线光电子能谱和拉曼光谱研究了薄膜中缺陷态的产生。室温光致发光光谱的高斯拟合证实电子束辐照引发空位缺陷态复合，表明电子束可作为有效调控ZnO发光行为的发光激活剂。应用声子限制模型解析拉曼光谱，证实光学声子的空间限制效应导致电子束辐照后拉曼峰位移。Zn和O元素结合能位移推断出锌空位形成与氧空位猝灭，与室温光致发光光谱结论一致。薄膜的三次谐波产生研究表明THG信号强度增强，该材料具备频率三倍频应用潜力。单光束Z扫描测量显示χ(3)值量级提升（从10^-4增至10^-3 esu）。20kGy辐照ZnO薄膜因未占据缺陷态缺失，呈现从反向饱和吸收向饱和吸收的行为转变。电子束辐照后增强的非线性光学性能与优异的频率转换特性，使ZnO薄膜成为非线性光学器件与多功能光电组件的理想材料。
研究不足
实验的技术和应用限制，以及潜在的优化领域。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用经济高效的喷雾热解沉积技术制备ZnO薄膜。将前驱体二水合乙酸锌溶解于双蒸水中，在60℃温度下搅拌30分钟。为获得澄清均匀的溶液，滴加少量乙酸。溶液摩尔浓度固定为0.05M。通过喷雾热解技术制备均匀薄膜时，喷雾参数优化是重要环节。
2：05M。通过喷雾热解技术制备均匀薄膜时，喷雾参数优化是重要环节。 样品选择与数据来源：
2. 样品选择与数据来源：用于薄膜沉积的玻璃基底依次经双蒸水、丙酮和异丙醇超声清洗，并在氮气流中干燥。
3：实验设备与材料清单：
电子束辐照实验在印度政府原子能部拉贾·拉曼纳先进技术中心（印多尔）的10 MeV直线加速器(LINAC)装置上进行。非线性测量采用波长632nm的He-Ne激光器，在9.46×10? W/m2输入强度下进行连续态测试。
4：46×10? W/m2输入强度下进行连续态测试。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：将配制好的前驱体溶液以30秒间隔喷射到距喷嘴28cm处的玻璃基底上。生长过程中前驱体液滴干燥并分解为目标化合物。
5：数据分析方法：
使用紫外-可见分光光度计在350-1000nm波长范围内测定原始与EBI处理ZnO薄膜的光学吸收及带隙。掠入射X射线衍射仪(GAXRD)结构分析证实ZnO具有纤锌矿结构多晶相。通过二维/三维原子力显微镜(AFM)图像展示了EBI处理后的表面形貌变化。
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Atomic force microscope
Bruker Icon
Bruker
Surface morphological changes in the ZnO thin films were studied using Bruker Icon Atomic force microscope (AFM) in tapping mode configuration.
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Glancing angle X-ray diffractometer
GXRD
Rigaku
The variation in the crystallinity, orientation and other structural studies were carried out using Rigaku Glancing angle X-ray diffractometer (GXRD) with 2? range from 20-800 and glancing angle of 0.60.
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UV-Visible spectrophotometer
Shimadzu 1800
Shimadzu
The linear absorption spectra of the films were investigated using Shimadzu 1800 UV-Visible spectrophotometer.
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He-Ne laser
Thorlabs HRP350-EC-1
Thorlabs
The excitation source used for the measurement were Thorlabs HRP350-EC-1 He-Ne laser emitting continuous wave (632.8nm 20mW).
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X-ray Photoelectron Spectroscopy
The composition and oxidation states of the elements present in the films was determined by X-ray Photoelectron Spectroscopy using an Al KαX-ray source of 1,486.6 eV with 20 eV pass energy.
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Photoluminescence
Horibafluromax-4 Spectroflurometer
Horiba
The creation of defect states upon electron beam irradiation and its proposed origin is investigated by Photoluminescence (Horibafluromax-4 Spectroflurometer).
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Raman spectroscopy
Horiba JOBINYVON LabRAM HR
Horiba
The creation of defect states upon electron beam irradiation and its proposed origin is investigated by Raman spectroscopy (Horiba JOBINYVON LabRAM HR) analysis.
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Linear Accelerator
10 MeV LINAC
The electron beam irradiation experiment was performed using 10 MeV Linear Accelerator (LINAC) facility at Raja Ramanna Centre for Advanced Technology, Department of Atomic Energy, Govt. of India, Indore.
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Nd:YAG laser
Third harmonic generation (THG) measurements were carried out using ND:YAG 1.06μm wavelength laser source with a pulse width of 8ns and 10Hz repetition rate.
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photodetector
Hamamatsu
The value of fundamental laser energy signal was detected by the germanium photodetector and it’s THG by a Hamamatsu photomultiplier with an installed interferometer filter at 355 nm with spectral width about 5 nm.
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