Luminante heteroestruturado polarizado:o casamento de materiais 2D e pontos quânticos 0D
a, Diagrama esquemático do processo de síntese de nanofolhas; b, Diagrama esquemático do processo de síntese de pontos de carbono; c, Representação esquemática da estrutura mista; d, Propriedades coloidais do material compósito (λ =laser de 635 nm); e, Propriedades luminescentes do material compósito (λ =lâmpada UV de 365 nm); f, Fenômeno de birrefringência observado sob polarizadores ortogonais para o material compósito. Crédito:Hongwei Xu, Jingwei Liu, Sheng Wei, Jie Luo, Rui Gong, Siyuan Tian, Yiqi Yang, Yukun Lei, Xinman Chen, Jiahong Wang, Gaokuo Zhong, Yongbing Tang, Feng Wang, Hui-Ming Cheng e Baofu Ding A geração, modulação e detecção de luz polarizada desempenham um papel fundamental em diversos campos, incluindo comunicação óptica, processamento a laser, exibições dinâmicas e imagens biomédicas. O avanço de dispositivos protótipos multifuncionais, integrando perfeitamente uma série de tecnologias de controle óptico, tem um grande potencial para atender aos requisitos futuros da óptica polarizada, enfatizando o baixo consumo de energia, a integração funcional e os componentes ópticos econômicos.
Os luminantes polarizados abrangem os atributos duplos de emissão de luz e modulação óptica, apresentando muitas vantagens distintas, incluindo emissão de luz polarizada e modulação óptica adaptativa. No entanto, os luminantes polarizados orgânicos convencionais encontram um ou mais desafios, tais como insensibilidade a campos externos, baixa eficiência luminosa ou estabilidade óptica ultravioleta inadequada.
A inovação de novos luminantes, caracterizados por maior sensibilidade a campos externos, estabilidade na faixa de comprimento de onda ultravioleta profundo e elevada eficiência luminosa, assume importância primordial para a fabricação de dispositivos de controle óptico multifuncionais. Devido às suas dimensões em nanoescala em uma ou mais dimensões, os materiais inorgânicos de baixa dimensão manifestam propriedades físicas distintas em contraste com os materiais a granel, incluindo efeitos pronunciados de confinamento quântico e anisotropia óptica substancial.
Especificamente, heteroestruturas compostas derivadas de materiais com dimensões díspares revelam propriedades elétricas, magnéticas, catalíticas e fotoquímicas excepcionais, apresentando desempenho notável em aplicações pertinentes. No entanto, os avanços no campo dos luminantes polarizados ainda são dificultados, atribuídos principalmente aos desafios associados à tecnologia de construção imatura de heteroestruturas compostas e à ausência de características de propriedades complementares entre materiais de dimensões variadas.
Em um novo artigo publicado em Light:Science &Applications , uma equipe de cientistas liderada por Baofu Ding, Feng Wang e Hui-Ming Cheng dos Institutos de Tecnologia Avançada de Shenzhen, Academia Chinesa de Ciências, Guangdong, China, e colegas de trabalho integraram banda larga ultra-alta sensível a estímulos 2D materiais com pontos quânticos de carbono (CDs) 0D, apresentando fluorescência azul altamente eficiente e polarizada.
Esta síntese resulta na criação do luminante nano-heteroestruturado totalmente inorgânico caracterizado por uma configuração 0D/2D. Além disso, dispositivos multifuncionais baseados no luminante de nano-heteroestrutura 0D/2D combinam perfeitamente as funcionalidades de emissão, modulação e detecção de luz. a, Representação esquemática do desempenho óptico integrado do material compósito na integração modulação-emissão; b, Análise comparativa do desempenho de detecção para faixa de comprimento de onda ultravioleta; c, Comparação da intensidade de emissão em diferentes ângulos de polarização sob modulação de campo elétrico (E =6 V/mm). Crédito:Hongwei Xu, Jingwei Liu, Sheng Wei, Jie Luo, Rui Gong, Siyuan Tian, Yiqi Yang, Yukun Lei, Xinman Chen, Jiahong Wang, Gaokuo Zhong, Yongbing Tang, Feng Wang, Hui-Ming Cheng e Baofu Ding O ponto crucial do estabelecimento do luminante heteroestruturado 0D/2D reside não apenas na ancoragem eficaz de componentes com materiais de diferentes dimensões, mas também em garantir que suas características ópticas se harmonizem perfeitamente. Para contornar a potencial extinção de absorção da excitação e emissão de luz de materiais luminescentes 0D por materiais 2D, a equipe de pesquisa empregou dispersão de dióxido de titânio dopado com cobalto (CTO), caracterizada por um amplo bandgap e alta sensibilidade de campo, como elemento fundamental.
Através da formação de ligações Ti-OC induzida por quimissorção, a equipe sintetizou com sucesso uma solução coloidal de heterojunção CDs/CTO. Esta solução coloidal reteve apropriadamente as propriedades opticamente anisotrópicas do CTO e as eficientes características luminescentes azuis dos CDs, indicando a construção bem-sucedida do principal luminante heteroestruturado de CDs / CTO totalmente inorgânicos.
Construído com base no luminante heteroestruturado desenvolvido, a exploração das propriedades de absorção dicróica da heterojunção do dispositivo óptico facilita a detecção de luz ultravioleta na faixa de 360 nm a 385 nm. A emissão polarizada de CDs é obtida através do arranjo orientado induzido pelo CTO, significando o estabelecimento bem-sucedido de um protótipo de dispositivo de controle óptico multifuncional que integra perfeitamente modulação, emissão e detecção.
O resultado da pesquisa apresenta um novo membro à família de luminantes polarizados, apresentando uma nova perspectiva e metodologias inovadoras para o desenvolvimento de diversos luminantes heteroestruturados. A fusão dessas propriedades oferece um protótipo de dispositivo tangível para modulação e detecção óptica, juntamente com manipulação luminescente polarizada. A descoberta será potencialmente aplicável em diversos campos, como fotocatálise, aplicação biomédica, exibição e comunicação óptica no futuro.
Mais informações: Hongwei Xu et al, Um dispositivo optoeletrônico multifuncional baseado em material 2D com amplo bandgap, Light:Science &Applications (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01327-8 Informações do diário: Luz:Ciência e Aplicações
