Generering, modulering och detektering av polariserat ljus spelar en avgörande roll inom olika områden, inklusive optisk kommunikation, laserbehandling, dynamiska skärmar och biomedicinsk avbildning. Utvecklingen av multifunktionella prototypenheter, som sömlöst integrerar en rad optiska styrtekniker, har stor potential för att möta framtida krav på polariserad optik, med betoning på låg strömförbrukning, funktionell integration och kostnadseffektiva optiska komponenter.
Polariserade ljuskällor omfattar de dubbla attributen ljusemission och optisk modulering, vilket ger många distinkta fördelar, inklusive polariserad ljusemission och adaptiv optisk modulering. Icke desto mindre möter konventionella organiska polariserade ljuskällor en eller flera utmaningar, såsom okänslighet för yttre fält, låg ljuseffektivitet eller otillräcklig ultraviolett optisk stabilitet.
Innovationen av nya ljuskällor, som kännetecknas av ökad känslighet för yttre fält, stabilitet inom det djupa ultravioletta våglängdsområdet och förhöjd ljuseffektivitet, antar avgörande betydelse för tillverkningen av multifunktionella optiska styrenheter. På grund av sina nanoskaliga dimensioner i en eller flera dimensioner uppvisar lågdimensionella oorganiska material distinkta fysikaliska egenskaper i motsats till bulkmaterial, inklusive uttalade kvantinneslutningseffekter och betydande optisk anisotropi.
Specifikt avslöjar sammansatta heterostrukturer som härrör från material med olika dimensioner exceptionella elektriska, magnetiska, katalytiska och fotokemiska egenskaper, vilket visar upp enastående prestanda i relevanta applikationer. Ändå hindras framsteg inom området för polariserade luminanter fortfarande, främst tillskrivna utmaningar förknippade med omogen konstruktionsteknik för sammansatta heterostrukturer och frånvaron av komplementära egenskapsegenskaper bland material av varierande dimensioner.
I en ny artikel publicerad i Light:Science &Applications , ett team av vetenskapsmän ledda av Baofu Ding, Feng Wang och Hui-Ming Cheng från Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences, Guangdong, Kina, och medarbetare integrerade ultrahög stimulanskänslig bredbandgap 2D material med 0D kolkvantprickar (CD-skivor), som visar upp mycket effektiv och polariserad blå fluorescens.
Denna syntes resulterar i skapandet av den första helt oorganiska nano-heterostruktur-luminanten som kännetecknas av en 0D/2D-konfiguration. Dessutom kombinerar multifunktionella enheter baserade på 0D/2D nano-heterostruktur-luminanten sömlöst funktionerna för emission, modulering och ljusdetektering.
Kärnan i att etablera den 0D/2D heterostrukturerade luminanten ligger inte bara i den effektiva förankringen av komponenter med olika dimensionella material utan också i att säkerställa att deras optiska egenskaper harmoniserar sömlöst. För att kringgå den potentiella absorptionsdämpningen av excitations- och emissionsljus från 0D-luminescerande material med 2D-material, använde forskargruppen koboltdopad titandioxid (CTO) dispersion, kännetecknad av ett brett bandgap och hög fältkänslighet, som grundelement.
Genom den kemisorptionsinducerade bildningen av Ti-O-C-bindningar, syntetiserade teamet framgångsrikt en kolloidal lösning av CDs/CTO-heterojunction. Denna kolloidala lösning behöll på ett lämpligt sätt de optiskt anisotropa egenskaperna hos CTO och de effektiva blå luminescerande egenskaperna hos CD-skivor, vilket indikerar den framgångsrika konstruktionen av den främsta helt oorganiska CD-skivan/CTO heterostrukturerade luminanten.
Byggd på den utvecklade heterostrukturerade luminanten, utnyttjande av heterojunctionens dikroiska absorptionsegenskaper hos den optiska enheten underlättar detekteringen av ultraviolett ljus inom området 360 nm till 385 nm. Den polariserade emissionen av CD-skivor uppnås genom det orienterade arrangemanget som induceras av CTO, vilket betyder det framgångsrika upprättandet av en multifunktionell prototypenhet för optisk styrning som sömlöst integrerar modulering, emission och detektering.
Forskningsresultatet introducerar en ny medlem till den polariserade luminantfamiljen, som presenterar ett nytt perspektiv och innovativa metoder för att utveckla olika heterostrukturerade luminanter. Sammanslagningen av dessa egenskaper erbjuder en påtaglig prototypenhet för optisk modulering och detektering, tillsammans med polariserad luminiscerande manipulation. Upptäckten kommer potentiellt att vara tillämpbar inom olika områden som fotokatalys, biomedicinsk tillämpning, display och optisk kommunikation i framtiden.
Mer information: Hongwei Xu et al, En multifunktionell optoelektronisk enhet baserad på 2D-material med brett bandgap, Light:Science &Applications (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01327-8
Journalinformation: Ljus:Vetenskap och tillämpningar
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
