Forskare från Singapore och Storbritannien har gemensamt meddelat ett nytt riktmärke för bredband, icke-linjärt optiskt begränsande beteende med användning av enkelarkiga grafendispersioner i en mängd tunga atomlösningsmedel och filmmatriser.

Enark-grafendispersion när den är väsentligt åtskild från varandra i flytande celler eller fastfilmsmatriser kan uppvisa en ny absorberingsmekanism för exciterat tillstånd som kan ge mycket effektiv bredbandsoptisk begränsning långt under starten av mikrobubbla eller mikroplasmabildning.

Grafener är enstaka ark kolatomer bundna till en sexkantig grupp. I naturen, de tenderar att stapla för att ge grafit.

I ett genombrott, forskare från National University of Singapore (NUS), DSO National Laboratories och University of Cambridge har utvecklat en metod för att förhindra omstapling av dessa ark genom att fästa alkylytkedjor till dem, samtidigt som nano-grafenfickornas integritet bibehålls på arken.

Denna metod producerade i sin tur ett material som kan bearbetas i en lösning och dispergerbart till lösningsmedel och filmmatriser. Som en konsekvens, forskarna observerade ett nytt fenomen. De fann att de dispergerade grafenerna uppvisar ett gigantiskt icke-linjärt optiskt absorptionssvar på intensiva nanosekundlaserpulser över ett brett spektralintervall med en tröskel som var mycket lägre än den som finns i kolsvart suspensioner och koldioxid nanorörsuspensioner. Detta satte ett nytt rekord i energibegränsande debut på 10 mJ/cm ² för en linjär transmittans på 70%.

Mekanismen för detta nya fenomen beskrivs i figur 1 där den initialt delokaliserade elektronhålsgasen lokaliseras vid höga excitationstätheter i närvaro av tunga atomer, för att producera starka absorberande excitoner. Den resulterande absorptionsmekanismen för exciterat tillstånd kan vara mycket effektiv.

Dessa optiska begränsande material kan nu användas för att skydda känsliga sensorer och enheter från laserskador, och för optiska kretsar. De kan också användas i antireflexbehandlade enheter.

Huvudutredaren för NUS Organic Nano Device Laboratory:s grafenteam, Professor Lay-Lay Chua som också är från NUS Institutionen för kemi och institutionen för fysik, säger:"Vi fann från ultrasnabba spektroskopimätningar att dispergerade grafenark byter deras beteende från inducerad optisk transparens som är välkänd, till inducerad optisk absorption beroende på dess omgivning. Detta är ett anmärkningsvärt fynd som visar att grafen fortfarande kan överraska! "

Huvudutredaren för grafenteamet vid DSO National Laboratories, Professor Geok-Kieng Lim som också är adjungerad professor vid NUS Institutionen för fysik, säger:"Detta är ett viktigt första steg i utvecklingen av praktiska grafen-nano-kompositfilmer för applikationer där grafenarken förblir helt dispergerade. Den inducerade förändringen av deras icke-linjära optiska beteende är fantastisk och mycket praktisk."