Les nouveaux mécanismes d'absorption induits optiquement [a] La photoexcitation d'une feuille unique de graphène dispersé donne des paires électron-trou à longue durée de vie. Une excitation supplémentaire provoque l'apparition d'états localisés tels que (i) des excitons (état excité neutre) ou (ii) des polarons (état excité chargé) en raison des interactions. [b] A titre de comparaison, le graphite donne un gaz électron-trou dont la durée de vie est très courte en raison d'un refroidissement et d'une recombinaison rapides. Crédit :Université nationale de Singapour
Des chercheurs de Singapour et du Royaume-Uni ont annoncé conjointement une nouvelle référence en matière de haut débit, comportement de limitation optique non linéaire en utilisant des dispersions de graphène à feuille unique dans une variété de solvants à atomes lourds et de matrices de film.
La dispersion de graphène à feuille unique lorsqu'elle est sensiblement espacée dans des cellules liquides ou des matrices de film solide peut présenter un nouveau mécanisme d'absorption d'état excité qui peut fournir une limitation optique à large bande très efficace bien en dessous du début de la formation de microbulles ou de microplasmes.
Les graphènes sont des feuilles simples d'atomes de carbone liés en un réseau hexagonal. Dans la nature, ils ont tendance à s'empiler pour donner du graphite.
Dans une percée, des chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS), Les laboratoires nationaux DSO et l'Université de Cambridge ont développé une méthode pour empêcher le réempilement de ces feuilles en leur attachant des chaînes de surface alkyles, tout en conservant l'intégrité des poches de nano-graphène sur les feuilles.
Cette méthode a à son tour produit un matériau qui peut être traité dans une solution et dispersible dans des solvants et des matrices de film. En conséquence, les chercheurs ont observé un nouveau phénomène. Ils ont découvert que les graphènes dispersés présentent une réponse d'absorption optique non linéaire géante aux impulsions laser intenses de la nanoseconde sur une large gamme spectrale avec un seuil beaucoup plus bas que celui trouvé dans les suspensions de noir de carbone et les suspensions de nanotubes de carbone. Cela a établi un nouveau record d'apparition de limitation d'énergie de 10 mJ/cm 2 pour une transmission linéaire de 70%.
Le mécanisme de ce nouveau phénomène est décrit dans la figure 1 dans laquelle le gaz électron-trou initialement délocalisé se localise à des densités d'excitation élevées en présence d'atomes lourds, produire de puissants excitons absorbants. Le mécanisme d'absorption à l'état excité résultant peut être très efficace.
Ces matériaux limiteurs optiques peuvent désormais être utilisés pour la protection des capteurs et appareils sensibles contre les dommages causés par le laser, et pour les circuits optiques. Ils peuvent également être utilisés dans des appareils traités anti-éblouissants.
Le chercheur principal de l'équipe de graphène du NUS Organic Nano Device Laboratory, Le professeur Lay-Lay Chua qui est également du département de chimie et du département de physique de la NUS, déclare : « Nous avons découvert à partir de mesures de spectroscopie ultrarapide que les feuilles de graphène dispersées modifient leur comportement par rapport à la transparence optique induite qui est bien connue, à l'absorption optique induite en fonction de son environnement. C'est une découverte remarquable qui montre que le graphène peut encore surprendre!"
Le chercheur principal de l'équipe graphène des laboratoires nationaux DSO, Le professeur Geok-Kieng Lim qui est également professeur adjoint au département de physique de NUS, dit :« Il s'agit d'une première étape importante dans le développement de films nano-composites de graphène pratiques pour des applications où les feuilles de graphène restent entièrement dispersées. Le changement induit dans leur comportement optique non linéaire est étonnant et très pratique.
