理化所等在宽波段非线性光限幅材料研究方面取得新进展

　　近日，中国科学院理化技术研究所光化学转换与功能材料院重点实验室特种影像材料与技术研究中心的研究人员与南京理工大学曾海波课题组合作，利用液相剥离方法高产率制备了高结晶性的少层锑烯；通过球差校正高分辨透射电镜鉴定了锑烯的精确原子结构；成功制备了高浓度（>1wt %）高性能光限幅锑烯有机硅凝胶玻璃。在532-2000 nm的超宽波段内，锑烯在悬浊液和凝胶玻璃器件中都展现出优秀的激光限幅性能。该工作已申请国家ZL，并以Few-layer Antimonene: Large Yield Synthesis, Exact Atomical Structure and Outstanding Optical Limiting 为题发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）上。其中，中科院理化所助理研究员孙兴明为共同第一作者，副研究员谢政为共同通讯作者。

　　在该工作中，南京理工大学利用液相剥离法高产率地制备了高结晶性的少层锑烯，并鉴定了锑烯的精确原子结构，理化所证明了锑烯在非线性光学领域中作为光限幅材料有着优越的性能，在相同的线性透过率下锑烯分散液具有比石墨烯分散液更好的光限幅能力。在532 nm的纳秒激光的脉冲照射下，当入射光能量密度达到40 J/cm2时，线性透过率为70%的锑烯悬浮液的透过率降到5%，这意味着超过90%的能量被限制住，而同等条件下，石墨烯悬浮液的透过率只降到15%。通过对Z-扫描结果和不同溶剂中锑烯的光限幅性能的分析，发现锑烯光限幅的机制来自于其非线性吸收与非线性折射能力。

　　同时，理化所制备了锑烯高浓度均匀掺杂的有机硅凝胶玻璃，锑烯在凝胶玻璃中的掺杂浓度可以达到1%以上。结果表明：该凝胶玻璃在极宽的光谱范围内（532-2000 nm）均具有十分优异的光限幅性能。与基于石墨烯掺杂的有机硅凝胶玻璃相比，在光限幅能力基本类似的情况下，锑烯基玻璃在正常的可见光到近红外光下无色透明，平均透过率达到90%，而石墨烯基玻璃已经变成了灰黑色，这表明锑烯基玻璃更加具有实用价值与意义。制备的锑烯基玻璃还具有优异的环境稳定性，并可进行切割、抛光和光学加工，有利于后续器件化。

　　自石墨烯发现以来，二维材料以其独特的性质吸引了研究人员的广泛关注，一系列新型二维半导体被不断发掘。2014年，复旦大学张远波等课题组和南京理工大学曾海波课题组分别首次独立制备和提出了二维黑磷、砷烯和锑烯等第五主族烯。在上述工作基础上，本论文在国际上首次揭示了锑烯在非线性光学领域中具有优越的性能，不仅可以为光学领域提供一种超宽波段的非线性光限幅材料，而且有望为以锑烯为代表的二维材料开辟新的研究领域和应用方向。