I nuovi meccanismi di assorbimento ottico indotti [a] La fotoeccitazione di un singolo foglio di grafene disperso fornisce coppie elettrone-lacuna di lunga durata. Un'ulteriore eccitazione provoca la comparsa di stati localizzati come (i) eccitoni (stato eccitato neutro) o (ii) polaroni (stato eccitato carico) a causa delle interazioni. [b] Per confronto, la grafite dà sul gas lacuna elettronica che ha una vita molto breve a causa del rapido raffreddamento e ricombinazione. Credito:Università Nazionale di Singapore
I ricercatori di Singapore e del Regno Unito hanno annunciato congiuntamente un nuovo punto di riferimento nella banda larga, comportamento di limitazione ottica non lineare utilizzando dispersioni di grafene a foglio singolo in una varietà di solventi ad atomi pesanti e matrici di film.
La dispersione di grafene a foglio singolo quando sostanzialmente distanziata in celle liquide o matrici di film solido può esibire un nuovo meccanismo di assorbimento dello stato eccitato che può fornire una limitazione ottica a banda larga altamente efficace ben al di sotto dell'inizio della formazione di microbolle o microplasma.
I grafeni sono singoli fogli di atomi di carbonio legati in una matrice esagonale. In natura, tendono ad impilarsi per dare grafite.
In una svolta, ricercatori della National University of Singapore (NUS), I DSO National Laboratories e l'Università di Cambridge hanno sviluppato un metodo per prevenire il re-impilamento di questi fogli attaccando loro catene superficiali alchiliche, pur mantenendo l'integrità delle tasche di nano-grafene sui fogli.
Questo metodo a sua volta ha prodotto un materiale che può essere lavorato in soluzione e disperdibile in solventi e matrici di film. Come conseguenza, i ricercatori hanno osservato un nuovo fenomeno. Hanno scoperto che i grafeni dispersi mostrano una gigantesca risposta di assorbimento ottico non lineare a intensi impulsi laser di nanosecondi su un ampio intervallo spettrale con una soglia molto più bassa di quella trovata nelle sospensioni di nerofumo e nelle sospensioni di nanotubi di carbonio. Questo ha stabilito un nuovo record nell'insorgenza di limitazione dell'energia di 10 mJ/cm 2 per una trasmittanza lineare del 70%.
Il meccanismo di questo nuovo fenomeno è delineato nella Figura 1 in cui il gas lacuna elettronica inizialmente delocalizzato si localizza a densità di eccitazione elevate in presenza di atomi pesanti, produrre forti eccitoni assorbenti. Il meccanismo di assorbimento allo stato eccitato risultante può essere molto efficace.
Questi materiali di limitazione ottica possono ora essere utilizzati per la protezione di sensori e dispositivi sensibili da danni laser, e per circuiti ottici. Possono essere utilizzati anche in dispositivi trattati antiabbagliamento.
Il ricercatore principale del team di grafene del NUS Organic Nano Device Laboratory, Professor Lay-Lay Chua, anch'egli del Dipartimento di Chimica e del Dipartimento di Fisica del NUS, afferma:"Abbiamo scoperto dalle misurazioni della spettroscopia ultraveloce che i fogli di grafene dispersi cambiano il loro comportamento dalla trasparenza ottica indotta che è ben nota, all'assorbimento ottico indotto a seconda del suo ambiente. Questa è una scoperta notevole che mostra che il grafene può ancora sorprendere!"
Il ricercatore principale del team di grafene presso i Laboratori Nazionali DSO, Professor Geok-Kieng Lim che è anche professore a contratto presso il Dipartimento di Fisica NUS, afferma:"Questo è un primo passo importante nello sviluppo di pratici film nano-compositi di grafene per applicazioni in cui i fogli di grafene rimangono completamente dispersi. Il cambiamento indotto nel loro comportamento ottico non lineare è sorprendente e altamente pratico".
