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2D材料

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2D MXenes制造光子二极管

光子二极管的作用o)高于阈值(Is),通过SA(ISA)增加到超出线性传输(ILT)。 RSA层然后衰减I南非,导致输出强度〜ILT。但是,在反向偏置配置中,RSA会衰减低于I的光S, eliciting only a linear response in 南非. Thus, the output intensity is lower than the forward-bias case. Courtesy: R Podila" />
光子二极管的作用

首款由二维材料Ti制成的“光学”二极管3C2 富勒烯和富勒烯(或碳60)即使在暴露于空气或低能等离子体照射下仍保持其饱和吸收(或在较高激光功率下增加光传输)。这意味着它们的光学特性在这些条件下是稳定的,从而使其可用作大功率激光器的光学隔离,以及用作允许产生短脉冲的Q开关激光器组件的饱和吸收体。

“在电子电路中,诸如电子二极管之类的设备仅允许电子沿一个方向(正向偏置)流动,而不允许另一方向(反向偏置)流动,”团队负责人解释说。 罗摩克里希纳·波迪拉 美国克莱姆森大学学院。 “但是,对光子而言,实现类似的二极管作用非常具有挑战性,因为我们知道光在两个方向上传播(如果我看到你,那么你就会看到我)。”在我们的工作中,我们结合了两种材料(2D 钛3C2 MXene和Fullerene或C60)具有对比鲜明的非线性光学特性,因此可以制造出单向传输光的器件。换句话说,我们已经制造了一个光电二极管。”

MXenes是一类新型的2D过渡金属碳化物,氮化物和碳氮化物,它们以独特的方式与光相互作用。研究人员最近发现2D 钛3C2Tx (其中Tx 可以是诸如–OH和–F的官能团)具有非线性的饱和吸收,这对于飞秒激光器的锁模很有用。

为了更好地理解为什么这些材料具有如此出色的性能,Podila及其同事决定制造Ti。3C2Tx 薄膜的厚度并系统地研究其非线性光学性质。

3C2Tx 可以承受更高的激光功率

“我们做了钛3C2Tx 使用“界面膜”形成技术的薄膜,其中我们形成了一层钛薄层3C2Tx 在两种不混溶的液体(甲苯和水)的界面处,然后将该膜转移到石英基板上。我们使用一种称为Z扫描的方法,通过在1064 nm下工作的脉冲纳秒激光来表征其非线性光学特性。”

研究人员说钛3C2Tx 与其他2D材料(例如石墨烯)相比,它具有更高的导电性和更强的机械强度。因此,它能够承受更高的激光功率。即使暴露于空气或低能等离子体照射下,它也保持其饱和吸收,因此材料的非线性特性在这些条件下是稳定的。

然后,该团队通过并列Ti制作了光电二极管3C2Tx MXene与C60薄膜。 “过去,我们已经通过在石墨烯上直接涂覆C60来制造类似的设备,因此知道这种方法是可行的,” Podila说道。 nanotechweb.org。 “新型基于MXene的光子二极管的最重要特征是它是'无源的',并且不需要有源磁场来工作(与现有的法拉第转子不同)。”

改善不可逆因素

该设备的一项关键应用将是用于大功率激光器的光学隔离-考虑到Ti3C2Tx 他说,它可以承受高激光功率。它也可以用作调Q激光组件的可饱和吸收材料。

团队报告其在 先进材料,说它的研究还有一段路要走。 Podila解释说:“首先,该设备的不可逆因子(即光学隔离度,由向前与向后的光透射率之比定义)仅为4dB。” “我们的目标是探索其他MXene材料,这些材料可以使我们将该因子提高一个数量级。用这些材料制成的设备将可能与现有的法拉第转子竞争。”

这项工作是与克莱姆森纳米材料研究所(Apparao M Rao,Sriparna Bhattacharya和Yongchang Dong),德雷克塞尔大学(Yury Gogotsi组)和密苏里科技大学(Vadym Mochalin)合作完成的’s group).

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