La generazione, la modulazione e il rilevamento della luce polarizzata svolgono un ruolo fondamentale in diversi campi, tra cui la comunicazione ottica, l'elaborazione laser, i display dinamici e l'imaging biomedico. Lo sviluppo di prototipi di dispositivi multifunzionali, che integrano perfettamente una serie di tecnologie di controllo ottico, presenta un grande potenziale per soddisfare i futuri requisiti dell'ottica polarizzata, sottolineando il basso consumo energetico, l'integrazione funzionale e i componenti ottici convenienti.
I luminanti polarizzati comprendono il duplice attributo di emissione di luce e modulazione ottica, presentando molti vantaggi distintivi, tra cui l'emissione di luce polarizzata e la modulazione ottica adattiva. Tuttavia, i luminanti polarizzati organici convenzionali incontrano una o più sfide, come l'insensibilità ai campi esterni, la bassa efficienza luminosa o la stabilità ottica ultravioletta inadeguata.
L'innovazione di nuovi luminanti, caratterizzati da una maggiore sensibilità ai campi esterni, stabilità all'interno della gamma di lunghezze d'onda dell'ultravioletto profondo e un'elevata efficienza luminosa, assume un significato fondamentale per la fabbricazione di dispositivi di controllo ottico multifunzionali. A causa delle loro dimensioni su scala nanometrica in una o più dimensioni, i materiali inorganici a bassa dimensionalità manifestano proprietà fisiche distinte in contrasto con i materiali sfusi, inclusi pronunciati effetti di confinamento quantistico e sostanziale anisotropia ottica.
Nello specifico, eterostrutture composite derivate da materiali con dimensioni disparate svelano eccezionali proprietà elettriche, magnetiche, catalitiche e fotochimiche, mostrando prestazioni notevoli nelle applicazioni pertinenti. Tuttavia, i progressi nel campo dei luminanti polarizzati sono ancora ostacolati, principalmente a causa delle sfide associate alla tecnologia di costruzione immatura delle eterostrutture composite e all'assenza di caratteristiche di proprietà complementari tra materiali di varie dimensioni.
In un nuovo articolo pubblicato su Light:Science &Applications , un team di scienziati guidati da Baofu Ding, Feng Wang e Hui-Ming Cheng degli Istituti di tecnologia avanzata di Shenzhen, Accademia cinese delle scienze, Guangdong, Cina, e colleghi hanno integrato 2D con banda proibita ultraelevata sensibile agli stimoli materiali con punti quantici di carbonio (CD) 0D, che mostrano una fluorescenza blu polarizzata e altamente efficiente.
Questa sintesi porta alla creazione del primo luminante nano-eterostruttura completamente inorganico caratterizzato da una configurazione 0D/2D. Inoltre, i dispositivi multifunzionali basati sul luminante nano-eterostruttura 0D/2D uniscono perfettamente le funzionalità di emissione, modulazione e rilevamento della luce.
Il punto cruciale nella creazione del luminante eterostrutturato 0D/2D risiede non solo nell'ancoraggio efficace dei componenti con materiali di diverse dimensioni, ma anche nel garantire che le loro caratteristiche ottiche si armonizzino perfettamente. Per aggirare il potenziale assorbimento dell'eccitazione e dell'emissione di luce di materiali luminescenti 0D da parte di materiali 2D, il gruppo di ricerca ha utilizzato come elemento fondamentale la dispersione di biossido di titanio drogato con cobalto (CTO), caratterizzata da un ampio gap di banda e da un'elevata sensibilità al campo. /P>
Attraverso la formazione di legami Ti-O-C indotta dal chemisorbimento, il team ha sintetizzato con successo una soluzione colloidale di eterogiunzione CD/CTO. Questa soluzione colloidale conserva in modo appropriato le proprietà otticamente anisotrope del CTO e le efficienti caratteristiche luminescenti blu dei CD, indicando il successo della costruzione del principale luminante eterostrutturato CD/CTO completamente inorganico.
Basato sul luminante eterostrutturato sviluppato, lo sfruttamento delle proprietà di assorbimento dicroico dell'eterogiunzione del dispositivo ottico facilita il rilevamento della luce ultravioletta nell'intervallo compreso tra 360 nm e 385 nm. L'emissione polarizzata dei CD viene ottenuta attraverso la disposizione orientata indotta dal CTO, a significare la riuscita creazione di un prototipo di dispositivo di controllo ottico multifunzionale che integra perfettamente modulazione, emissione e rilevamento.
Il risultato della ricerca introduce un nuovo membro nella famiglia dei luminanti polarizzati, presentando una nuova prospettiva e metodologie innovative per lo sviluppo di diversi luminanti eterostrutturati. La fusione di queste proprietà offre un prototipo tangibile di dispositivo per la modulazione e il rilevamento ottico, insieme alla manipolazione della luminescenza polarizzata. La scoperta sarà potenzialmente applicabile in diversi campi come la fotocatalisi, l'applicazione biomedica, la visualizzazione e la comunicazione ottica in futuro.
Ulteriori informazioni: Hongwei Xu et al, Un dispositivo optoelettronico multifunzionale basato su materiale 2D con ampio gap di banda, Luce:scienza e applicazioni (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01327-8
Informazioni sul giornale: Luce:scienza e applicazioni
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
