在二维材料上打开光线

金属或半导体材料吸收，反射和作用于光的能力对于开发光电子学的科学家来说至关重要 - 光电子学是与光相互作用以执行任务的电子设备。莱斯大学的科学家现在已经开发出一种方法来确定原子薄材料的特性，这些材料有望改善光的调制和操纵。

二维材料一直是一个热门的研究课题，因为石墨烯是一个扁平的碳原子晶格，于2001年被确定。从那时起，科学家们已经开始在理论上或在实验室中开发具有一系列光学的新型二维材料。 ，电子和物理特性。

到目前为止，他们还缺乏对这些材料作为超薄反射器，发射器或吸收器提供的光学特性的全面指导。

材料理论家鲍里斯雅科布森的莱斯实验室接受了挑战。Yakobson和他的合着者，研究生和主要作者Sunny Gupta，博士后研究员Sharmila Shirodkar和研究科学家Alex Kutana使用最先进的理论方法来计算55种2D材料的最大光学性质。

“现在我们了解协议的重要一点是我们可以用它来分析任何2D材料，”古普塔说。“这是一项重大的计算工作，但现在可以在更深层次的定量水平上评估任何材料。”

他们的工作本月出现在美国化学学会杂志“ ACS Nano”中，详细介绍了单层膜的透射率，吸光度和反射率，以及它们共同称为TAR的性质。在纳米级，光可以以独特的方式与材料相互作用，促使电子 - 光子相互作用或触发等离子体，其以一个频率吸收光并在另一个频率发射光。

操纵2D材料可以让研究人员设计更小的设备，如传感器或光驱电路。但首先，它有助于了解材料对特定波长的光的敏感程度，从红外到可见颜色再到紫外线。

“一般来说，人们普遍认为2D材料非常薄，看起来基本上是透明的，反射和吸收可以忽略不计，”Yakobson说。“令人惊讶的是，我们发现每种材料都具有富有表现力的光学特征，大部分特定颜色(波长)的光被吸收或反射。”

共同作者预期光电检测和调制装置和偏振滤光器是具有方向依赖光学特性的2D材料的可能应用。“多层涂层可以提供良好的辐射或光照保护，如激光，”Shirodkar说。“在后一种情况下，可能需要异质结构(多层)薄膜 - 互补材料涂层。更强的光强度可能产生非线性效应，并且考虑到那些肯定需要进一步研究。”

研究人员模拟了2D堆栈和单层。“堆叠可以扩大光谱范围或带来新功能，如偏振器，”Kutana说。“我们可以考虑使用堆叠异质结构模式来存储信息，甚至可以用于加密。”

在他们的研究结果中，研究人员证实石墨烯和硼氧化物的堆叠高度反射中红外光。他们最引人注目的发现是，由100多个单原子硼层制成的材料 - 其厚度仍然只有40纳米 - 将反射99%以上的红外线到紫外线，超过掺杂的石墨烯和散装银。

有一个附带的好处，也适合雅各布森的艺术感性。“现在我们知道所有这些材料的光学特性 - 它们在被光照射时会反射和透射的颜色 - 我们可以考虑在纳米尺度上制作蒂芙尼式的彩色玻璃窗，”他说。“那太棒了!”