我国学者在二维纳米材料光致透明特性研究取得多项进展

　　近期，上海光机所中科院强激光材料重点实验室王俊研究员课题组在二维纳米材料光致透明特性研究方面取得多项进展。

　　电磁诱导透明可以在原子系统中通过光线调控窗口透明度，在全光处理和量子信息处理领域具有重要应用价值。同时，光致透明也是一种非常重要的非线性光学效应，特别是在开发光调制器、全光开关等光子学器件方面具有很大的应用潜力。但关于过渡金属硫化物、黑磷等重要二维纳米材料光致透明特性的研究还鲜有报道，这在一定程度上限制了基于该类材料的器件开发。

　　研究小组利用液相剥离技术制备了MoS₂、MoSe₂、Graphene等多种二维纳米材料悬浮液，并观察到了光致透明和消光现象。研究发现通过饱和吸收和非线性散射机制共同作用，632.8 nm连续探测光可以被532 nm纳秒泵浦激光有效调制成峰（光致透明）和谷（光致消光）。科研人员系统研究了不同泵浦条件下的光调制特性，最大调制深度可达7 dB。这项工作可帮助开发基于二维半导体的光调制、全光开关应用器件。该研究成果发表在Advanced Optical Materials [5, 1700543 (2017)]。

图1 全光调制过程示意图。

　　研究小组研究了液悬态黑磷体系波长和激发脉宽的非线性光学响应依赖特性，发现了液悬态黑磷纳米片在可见光区相比于近红外区具有更好的非线性饱和吸收响应，在长脉宽激发下的非线性吸收系数更大。研究报道了液悬态黑磷纳米片由于饱和吸收性质引起的光致透明以及非线性光学散射诱导下的光限幅现象，并解释了其产生过程，这对新型材料器件化有着十分重要的意义。该研究成果发表在ACS Photonics[4, 3063-3070 (2017)]。

图2 液悬态黑磷的饱和吸收性质、非线性吸收和非线性散射诱导的光致透明与光限幅现象。

　　研究小组与北京化工大学孙振宇教授课题组合作研究通过聚合物涂覆来抑制黑磷降解的速度，制备了具有大量高质量结晶单层的黑磷纳米片。非线性光学特性研究发现BP分散液在515和1030 nm处具有饱和吸收特性，其在超快速宽带吸收器方面具有应用潜力。该研究工作发表在Chemistry of Materials [29, 6445-6456 (2017)]。

图3 高稳定性黑磷悬浮液的饱和吸收性质。

　　研究小组与华东理工大学陈彧教授课题组合作，设计合成了具有优异光限幅性能的聚丙烯腈（PAN）共价修饰MoS2纳米片[J. Mater. Chem. C 5, 11920-11926 (2017)]和BP:C60混合材料[Chem. Commun. 54, 366-369 (2018)]，系统研究了这些复合材料在可见-近红外波段纳秒脉冲作用下的光限幅性能，并发现相对于本征材料其光限幅性能有明显提升，这对于开发基于这些复合纳米材料的光限幅器件具有重要意义。

图4 二维纳米复合材料的光限幅特性。