自纳米材料和纳米科技诞生以来,人类在这一领域取得了长足的进步和丰硕的成果。短短几十年的时间,各种用途的纳米材料纷纷问世,纳米半导体材料作为其中重要的一部分,已经在诸如纳米激光器、新型太阳能电池、生物传感器、化学催化等多个应用领域展现出诱人的前景。一方面,纳米半导体材料由于其尺寸微小,非常适合作为基础构建单元用以“由下至上”的制备人类所需要的材料和器件,为人类制备微纳尺度的功能性器件提供了另一个途径。另一方面,由于量子限域效应等原因,纳米半导体材料又具备了许多宏观块体材料所不具有的特殊的光学、电学、热学、磁学以及超导方面的特殊性质,这些特性使得人们不仅仅可以围绕纳米半导体材料的这些性质设计和制造许多新型的功能性器件,同时也为人们认识和研究材料的各种性能背后的原因和机理提供了良好的研究对象。上世纪八十年代扫描隧道显微镜发明,从此人们开始使用了各种方法和手段用来观察和研究纳米材料,以期能够了解到纳米材料的全貌。瞬态光谱学是用以研究材料内部载流子行为及其动力学信息的重要手段。通过超快激光对材料中的电子进行激发,随后观察材料的发光行为或者吸收行为随时间的变化,可以了解到材料内部激发态电子等非平衡态载流子的能量驰豫行为及其动力学信息。这些信息可以为我们利用材料的特性构建合适的功能性器件提供坚实的理论基础。在本工作中,我们致力于将瞬态光谱学手段应用于纳米半导体材料之中。半导体材料在制备成纳米材料之后,其许多性质,如带隙结构、载流子行为、载流子驰豫动力学等会与其作为宏观块体材料时不同,因此,对于性质的改变的观察和解释会有力的帮助我们理解和利用这些纳米半导体材料。为了实现该目的,我们设计并搭建了两套针对于纳米材料的瞬态光谱学测量系统,分别可以实现对纳米半导体材料的瞬态荧光行为以及瞬态吸收行为进行探测。随后,我们使用这两台设备分别对一维的梯度半导体纳米线和二维的过渡金属硫族化合物的载流子行为进行了测试和研究。在对一维的梯度半导体纳米线进行研究时,我们主要关注其特异的非对称光波导行为。非对称光波导行为可以使得梯度纳米线在不同的方向上以不同的规律传递光信号,也因此使其具备了制造逻辑器件的能力。通过对不同方向,不同距离的光波导信号的时间分辨荧光光谱的测量与分析,我们确定了这两种光波导信号的时间与激发点的光信号的差异,以及确定了不同的光波导信号的来源并分析了非对称光波导行为背后形成的机理。在对二维的过渡金属硫族化合物研究中,我们主要关注于三激子形成过程对于其荧光行为的改变。通过实验我们发现,在蓝宝石衬底上的二硫化钨样品出现较大的斯托克斯位移是由于其荧光发光行为主要来源于三激子复合发光。而在玻璃衬底上,由于衬底对于样品的n型掺杂程度更高,更利于三激子结构的形成,因此出现了更大的斯托克斯位移。同时,我们在玻璃衬底的单程二硫化钨样品上发现了单线态和三线态两种不同的三激子。以上两项研究分别对不同的纳米半导体材料的性质进行了观测和研究,并解释了其特殊性质背后的形成机理,为我们利用这一类半导体的特殊性质提供了理论指导。