我國學者在二維納米材料光致透明特性研究取得多項進展

　　近期，上海光機所中科院強激光材料重點實驗室王俊研究員課題組在二維納米材料光致透明特性研究方面取得多項進展。

　　電磁誘導透明可以在原子系統中通過光線調控窗口透明度，在全光處理和量子信息處理領域具有重要應用價值。同時，光致透明也是一種非常重要的非線性光學效應，特別是在開發光調制器、全光開關等光子學器件方面具有很大的應用潛力。但關于過渡金屬硫化物、黑磷等重要二維納米材料光致透明特性的研究還鮮有報道，這在一定程度上限制了基于該類材料的器件開發。

　　研究小組利用液相剝離技術制備了MoS₂、MoSe₂、Graphene等多種二維納米材料懸浮液，并觀察到了光致透明和消光現象。研究發現通過飽和吸收和非線性散射機制共同作用，632.8 nm連續探測光可以被532 nm納秒泵浦激光有效調制成峰（光致透明）和谷（光致消光）。科研人員系統研究了不同泵浦條件下的光調制特性，最大調制深度可達7 dB。這項工作可幫助開發基于二維半導體的光調制、全光開關應用器件。該研究成果發表在Advanced Optical Materials [5, 1700543 (2017)]。

圖1 全光調制過程示意圖。

　　研究小組研究了液懸態黑磷體系波長和激發脈寬的非線性光學響應依賴特性，發現了液懸態黑磷納米片在可見光區相比于近紅外區具有更好的非線性飽和吸收響應，在長脈寬激發下的非線性吸收系數更大。研究報道了液懸態黑磷納米片由于飽和吸收性質引起的光致透明以及非線性光學散射誘導下的光限幅現象，并解釋了其產生過程，這對新型材料器件化有著十分重要的意義。該研究成果發表在ACS Photonics[4, 3063-3070 (2017)]。

圖2 液懸態黑磷的飽和吸收性質、非線性吸收和非線性散射誘導的光致透明與光限幅現象。

　　研究小組與北京化工大學孫振宇教授課題組合作研究通過聚合物涂覆來抑制黑磷降解的速度，制備了具有大量高質量結晶單層的黑磷納米片。非線性光學特性研究發現BP分散液在515和1030 nm處具有飽和吸收特性，其在超快速寬帶吸收器方面具有應用潛力。該研究工作發表在Chemistry of Materials [29, 6445-6456 (2017)]。

圖3 高穩定性黑磷懸浮液的飽和吸收性質。

　　研究小組與華東理工大學陳彧教授課題組合作，設計合成了具有優異光限幅性能的聚丙烯腈（PAN）共價修飾MoS2納米片[J. Mater. Chem. C 5, 11920-11926 (2017)]和BP:C60混合材料[Chem. Commun. 54, 366-369 (2018)]，系統研究了這些復合材料在可見-近紅外波段納秒脈沖作用下的光限幅性能，并發現相對于本征材料其光限幅性能有明顯提升，這對于開發基于這些復合納米材料的光限幅器件具有重要意義。

圖4 二維納米復合材料的光限幅特性。