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新研究显示一维范德瓦耳材料的强大光学特性
时间:2021-08-30 14:44:42

发表在《自然-通讯》上的新研究首次显示了一维范德瓦耳材料的强大光学特性。当电子被限制在非常小的空间里时,它们可以表现出不寻常的电、光和磁行为。 从将电子限制在二维原子片石墨烯中这一壮举在2010年赢得了诺贝尔物理学奖到进一步限制电子以实现一维性,这一广泛的研究路线正在改变物理学、化学、能源采集、信息和其他领域的基础研究和技术进步的面貌。

在《自然-通讯》上发表的一项研究中,阿尔托大学研究人员领导的一个国际团队现在发现,当电子被限制在其一维子单元中时,纤维状的红磷可以显示出大的光学反应--也就是说,该材料在光的照射下显示出强烈的光致发光。红磷,像石墨烯一样属于一个独特的材料组,称为一维范德瓦尔斯(1D vdW)材料。1D vdW材料是一种在2017年才被发现的全新类型的材料。到目前为止,对1vdW材料的研究主要集中在电气性能方面。

研究人员利用了Micronova纳米加工洁净室的特殊设施

该团队通过光致发光光谱学等测量方法揭开了1D vdW纤维状红磷的光学特性,他们将激光照射在样品上,并测量发射回来的光的颜色和亮度。研究结果显示,1D vdW材料表现出巨大的各向异性的线性和非线性光学反应,换句话说,光学反应强烈依赖于纤维状磷晶体的方向以及发射强度,这与特定时间内发射的光子数量有关。

"实验中的反应方式使1D vdW纤维状红磷成为一种真正令人兴奋的材料。例如,它同时显示了巨大的各向异性的线性和非线性反应以及发射强度,这很引人注目,"阿尔托大学的博士后研究员Du Luojun博士说。

该材料的光致发光 - 在日常生活中常见的反光标志或儿童夜光玩具中的效果,当光被吸收后被发射出来的特性也让研究人员感到振奋。研究小组将纤维状红磷的光致发光与单层二硫化钼(MoS2)进行了比较,后者因其强烈的光致发光而闻名,最终发现光致发光的强度是前者的40多倍,其超亮的过程令人惊讶,尽管过程是非常短暂的。

"纤维状红磷的强烈光致发光是出乎意料的。事实上,我们最初预计,纤维状红磷的光致发光只会很弱。基于理论计算,这种效应实际上不应该很强,所以我们现在正在做更多的实验,以澄清其余辉的来源,"Du说。

"像纤维状红磷这样的一维范德瓦尔斯材料在显示器和其他应用中显示出真正的前景,这些应用依靠的材料正是我们在这项研究中看到的行为。如果我们将其与传统材料的反应进行比较,其各向异性的光学反应的光谱似乎也非常宽广,"领导这项研究的小组的Sun Zhipei教授说。

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