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2D材料與0D量子點“聯姻”，中國科學家為偏振發光家族增添了新成員

文章來源：賢集網更新時間：2023-12-20 15:11:17

近日，中國科學院深圳先進技術研究院碳中和所副研究員丁寶福團隊在《光：科學與應用》發表最新研究成果，研究團隊報道了首個0D/2D偏振發光異質結，為偏振發光家族增添了新成員。

研究背景

偏振光的產生、調制和檢測在光通信、激光加工、動態顯示和生物醫學成像等多個領域發揮著關鍵作用。多功能原型器件的進步，無縫集成了一系列光學控制技術，在滿足偏振光學的未來需求方面具有巨大的潛力，強調低功耗、功能集成和具有成本效益的光學元件。

偏振光源具有光發射和光調制的雙重屬性，具有偏振光發射和自適應光調制等諸多獨特優勢。然而，傳統的有機偏振光源面臨著一個或多個挑戰，例如對外部場不敏感、發光效率低或紫外光學穩定性不足。

新型光源的創新具有對外場的高度敏感性、在深紫外波長范圍內的穩定性和更高的發光效率，對于多功能光學控制器件的制造具有至關重要的意義。由于低維無機材料在一個或多個維度上具有納米級尺寸，因此與塊狀材料相比，低維無機材料表現出獨特的物理性質，包括顯著的量子約束效應和大量的光學各向異性。

具體而言，由不同尺寸的材料衍生而成的復合異質結構具有卓越的電學、磁性、催化和光化學性能，在相關應用中表現出卓越的性能。然而，偏振光源領域的進步仍然受到阻礙，主要歸因于復合材料異質結構構建技術不成熟以及不同尺寸材料之間缺乏互補性能特征的挑戰。

2D材料與0D量子點的“聯姻”

對此，深圳先進院丁寶福、成會明和王鋒等利用“維度聯姻”的概念，將藍色無機碳點耦合到2D納米片上，創造了一個全無機的0D碳點/2D納米片異質結發光系統，實現了一種結合高發光效率和偏振特性的藍色發光材料的開發，為擴大偏振發光材料家族提供了一種新的方法。研究團隊構建的0D/2D異質結構通過化學吸附誘導Ti-O-C鍵的形成，有效地錨定了0D碳點。

a，復合材料在調制-發射集成中的集成光學性能示意圖;b，紫外波長范圍檢測性能對比分析;c，電場調制（E = 6 V/mm）下不同極化角的發射強度比較。圖片來源：徐宏偉、劉景偉、魏勝、羅杰、龔睿、田思遠、楊一琦、雷玉坤、陳新滿、王家紅、鐘高闊、唐永兵、王峰、程慧明和丁寶福

構建0D/2D異質結構偏振發光材料的關鍵，不僅在于用不同尺寸的材料有效地錨定組件，還在于確保它們的光學特性能夠無縫協調。為了避免2D材料對0D發光材料激發和發射光之間的潛在吸收猝滅，研究團隊采用了具有寬帶隙和高場靈敏度的鈷摻雜二氧化鈦（CTO）作為基礎色散元件。

通過化學吸附誘導Ti-O-C鍵的形成，該團隊成功合成了CDs/CTO異質結的膠體溶液。這種膠體溶液剛好保留了CTO的光學各向異性特性和CDs的有效藍色發光特性，這也就意味著研究人員成功構建了一款全無機CDs/CTO異質結構的偏振發光材料。

通過將零維發光材料缺乏各向異性的高發光效率與二維材料強大的光偏振調制能力相結合，使兩種低維材料的光學特性互補，從而實現碳點的偏振發光。此外，利用異質結的二向色吸收，實現了360至385 納米范圍內的紫外光檢測。該方式首次集成偏振光發射，紫外光檢測和可見光調制的多功能光電器件的構建。這其中，CDs的偏振光發射是通過CTO誘導的定向排列實現的，這標志著研究人員基于上述方案成功開發出一種無縫集成調制、發射和檢測的多功能光學控制原型裝置。

該研究引入了全無機異質結構偏振發光納米復合材料的概念，實現了偏振發光的突破。基于量子點材料系統實現高效偏振發光的挑戰被巧妙地克服，擴大了偏振發光材料的家族。此外，集成光發射、調制和檢測的多功能器件的構建為低能耗、智能或集成光學器件的發展引入了新思路。

熒光偏振在科學和工程領域有多種應用，包括3D顯示、光學數據存儲、光學生物傳感器和材料結構分析，開發高效穩定的偏振熒光材料具有重要的研究意義和實際應用價值。

該研究成果不僅為偏振發光材料家族引入了一個新成員，還為開發各種異質結構發光材料提供了新的視角和創新的方法。這些特性的融合為光學調制和檢測，以及對偏振發光的調制提供了一種有形的原型器件。這一發現將有可能應用于光催化、生物醫學應用、顯示和光通信等多個不同領域。

原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_537792.html
來源：賢集網
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