Os novos mecanismos de absorção óptica induzida [a] Fotoexcitação de uma única folha de grafeno disperso dá pares de elétron-buraco de vida longa. Excitação adicional causa o aparecimento de estados localizados, como (i) excitons (estado excitado neutro) ou (ii) polarons (estado excitado com carga) devido às interações. [b] Para comparação, o grafite dá no gás do buraco do elétron que tem vida muito curta devido ao resfriamento rápido e à recombinação. Crédito:Universidade Nacional de Cingapura
Pesquisadores de Cingapura e do Reino Unido anunciaram em conjunto uma nova referência em banda larga, comportamento não-linear de limitação óptica usando dispersões de grafeno de folha única em uma variedade de solventes de átomos pesados e matrizes de filme.
A dispersão de grafeno em folha única quando substancialmente espaçada em células líquidas ou matrizes de filme sólido pode exibir novo mecanismo de absorção de estado excitado que pode fornecer limitação óptica de banda larga altamente eficaz bem abaixo do início da formação de microbolhas ou microplasma.
Grafenos são folhas únicas de átomos de carbono ligadas em uma matriz hexagonal. Na natureza, eles tendem a empilhar para dar grafite.
Em uma descoberta, pesquisadores da National University of Singapore (NUS), O DSO National Laboratories e a University of Cambridge desenvolveram um método para evitar o re-empilhamento dessas folhas, anexando cadeias de superfície de alquil a elas, ao mesmo tempo que mantém a integridade dos bolsos de nano-grafeno nas folhas.
Este método, por sua vez, produziu um material que pode ser processado em solução e dispersível em solventes e matrizes de filme. Como consequência, os pesquisadores observaram um novo fenômeno. Eles descobriram que os grafenos dispersos exibem uma resposta de absorção óptica não linear gigante a pulsos de laser de nanosegundos intensos em uma ampla faixa espectral com um limite que era muito menor do que o encontrado em suspensões de negro de carbono e suspensões de nanotubos de carbono. Isso estabeleceu um novo recorde no início de limitação de energia de 10 mJ / cm 2 para uma transmitância linear de 70%.
O mecanismo para este novo fenômeno é descrito na Figura 1, em que o gás do buraco do elétron inicialmente deslocalizado se localiza em densidades de alta excitação na presença de átomos pesados, para produzir excitons de forte absorção. O mecanismo de absorção de estado excitado resultante pode ser muito eficaz.
Esses materiais de limitação óptica agora podem ser usados para proteção de sensores e dispositivos sensíveis de danos a laser, e para circuitos ópticos. Eles também podem ser usados em dispositivos com tratamento anti-reflexo.
O principal investigador da equipe de grafeno do NUS Organic Nano Device Laboratory, Professor Lay-Lay Chua, que também é do Departamento de Química e do Departamento de Física da NUS, diz:"Descobrimos, a partir de medições de espectroscopia ultrarrápida, que folhas de grafeno dispersas mudam seu comportamento de transparência óptica induzida, o que é bem conhecido, à absorção óptica induzida dependendo de seu ambiente. Esta é uma descoberta notável que mostra que o grafeno ainda pode surpreender! "
O principal investigador da equipe de grafeno no DSO National Laboratories, Professor Geok-Kieng Lim, que também é professor adjunto do Departamento de Física do NUS, diz:"Este é um primeiro passo importante no desenvolvimento de filmes nano-compostos de grafeno práticos para aplicações onde as folhas de grafeno permanecem totalmente dispersas. A mudança induzida em seu comportamento óptico não linear é incrível e altamente prática."
