Los nuevos mecanismos de absorción inducidos ópticamente [a] La fotoexcitación de una única hoja de grafeno disperso produce pares de electrones y huecos de larga duración. Una mayor excitación provoca la aparición de estados localizados como (i) excitones (estado excitado neutro) o (ii) polarones (estado excitado cargado) debido a interacciones. [b] A modo de comparación, el grafito produce un gas de agujero de electrones que tiene una vida muy corta debido al enfriamiento rápido y la recombinación. Crédito:Universidad Nacional de Singapur
Investigadores de Singapur y el Reino Unido han anunciado conjuntamente un nuevo punto de referencia en banda ancha, comportamiento de limitación óptica no lineal utilizando dispersiones de grafeno de una sola hoja en una variedad de disolventes de átomos pesados y matrices de película.
La dispersión de grafeno de una sola hoja cuando está sustancialmente espaciada en células líquidas o matrices de película sólida puede exhibir un mecanismo de absorción de estado excitado novedoso que puede proporcionar una limitación óptica de banda ancha altamente efectiva muy por debajo del inicio de la formación de microburbujas o microplasmas.
Los grafenos son hojas individuales de átomos de carbono unidas en una matriz hexagonal. En naturaleza, tienden a apilarse para dar grafito.
En un gran avance investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS), DSO National Laboratories y la Universidad de Cambridge han desarrollado un método para evitar que estas hojas se vuelvan a apilar uniéndoles cadenas superficiales de alquilo, conservando la integridad de los bolsillos de nanografeno en las hojas.
Este método, a su vez, produjo un material que puede procesarse en una solución y dispersarse en disolventes y matrices de películas. Como consecuencia, los investigadores observaron un nuevo fenómeno. Descubrieron que los grafenos dispersos exhiben una respuesta de absorción óptica no lineal gigante a intensos pulsos de láser de nanosegundos en un amplio rango espectral con un umbral que era mucho más bajo que el que se encuentra en las suspensiones de negro de humo y las suspensiones de nanotubos de carbono. Esto estableció un nuevo récord en el inicio de limitación de energía de 10 mJ / cm 2 para una transmitancia lineal del 70%.
El mecanismo de este nuevo fenómeno se describe en la Figura 1 en la que el gas del agujero de electrones inicialmente deslocalizado se localiza en densidades de excitación altas en presencia de átomos pesados, para producir fuertes excitones absorbentes. El mecanismo de absorción en estado excitado resultante puede ser muy eficaz.
Estos materiales de limitación óptica ahora se pueden usar para proteger sensores y dispositivos sensibles contra daños por láser, y para circuitos ópticos. También se pueden utilizar en dispositivos con tratamiento antirreflejos.
El investigador principal del equipo de grafeno del Laboratorio de nanodispositivos orgánicos NUS, El profesor Lay-Lay Chua, que también es del Departamento de Química y el Departamento de Física de NUS, dice:"A partir de mediciones de espectroscopia ultrarrápida, descubrimos que las láminas de grafeno dispersas cambian su comportamiento de la transparencia óptica inducida, que es bien conocida, a la absorción óptica inducida en función de su entorno. ¡Este es un hallazgo notable que muestra que el grafeno aún puede sorprender! "
El investigador principal del equipo de grafeno de DSO National Laboratories, El profesor Geok-Kieng Lim, quien también es profesor adjunto en el Departamento de Física de NUS, dice:"Este es un primer paso importante en el desarrollo de películas prácticas de nanocompuestos de grafeno para aplicaciones donde las láminas de grafeno permanecen completamente dispersas. El cambio inducido en su comportamiento óptico no lineal es asombroso y muy práctico".
