Een nieuwe methode om de optische eigenschappen van MXenen te verbeteren

Tweedimensionale gelaagde materialen zijn een nieuwe klasse materialen die sterke en onderscheidende licht-materie-interacties vertonen, wat brede toepassingsmogelijkheden biedt in opto-elektronische apparaten en fotonische elementen. Deze materialen omvatten grafeen, overgangsmetaalsulfiden (TMD’s), zwarte fosfor (BP) en andere, die uitzonderlijke prestatiekenmerken vertonen, zoals ultrasnelle en breedspectrumrespons, robuuste excitonische optische eigenschappen en instelbare directe optische bandafstanden.

MXenes vertegenwoordigen een nieuw ontdekte klasse van tweedimensionale gelaagde materialen die fascinerende en afstembare optische, chemische en elektronische eigenschappen vertonen en uiteenlopende toepassingen vertonen op gebieden zoals foto-elektriciteit, fotothermische conversie en fotovoltaïsche energie. Bovendien demonstreren MXenes sterke niet-lineaire optische responsen, en hun niet-lineaire optische absorptie kan worden aangepast door dikte, excitatiegolflengte en oppervlaktegroepen.

Bovendien vertegenwoordigt de constructie van tweedimensionale heterostructuren een belangrijke strategie voor het verbeteren van de opto-elektronische prestaties van apparaten die tweedimensionale materialen gebruiken. Door een zorgvuldig ontwerp toe te passen, kunnen de voordelige eigenschappen van elke component binnen de heterostructuur behouden blijven, terwijl nieuwe kenmerken zoals ladingsoverdracht of energieoverdracht kunnen worden gegenereerd via de grensvlakeffecten.

De auteurs van dit artikel, gepubliceerd in Opto-elektronische vooruitgangeen eenvoudige en effectieve methode voorstellen voor het bereiden van Nb₂C/MoS₂ heterostructuren met verbeterde zowel lineaire als niet-lineaire optische eigenschappen.

In dit werk, MoS₂ nanokristallen werden met succes gekweekt op het oppervlak van Nb₂C nanosheets in situ, resulterend in de constructie van een tweedimensionale Nb₂C/MoS₂ heterostructuur. Het bleek dat deze heterostructuur beter presteerde dan pure Nb₂C in zowel lineaire als niet-lineaire optica.

De studie laat zien dat de oppervlaktegroep van Nb₂C kan de werkfunctie van Nb moduleren₂C/MoS₂wat de ladingsoverdracht en energie-uitlijning tussen Nb beïnvloedt₂C en MoS₂. Als resultaat, Nb₂C/MoS₂ erft de voordelen van Nb₂C en MoS₂ bij verschillende golflengten en vertoont verbeterde optische absorptiekenmerken van breedband.

Verder toont het onderzoek aan dat gatenoverdracht van Nb₂C naar MoS₂ leidt tot modulatie van de niet-lineaire optische respons in de heterostructuur. Het bewijst ook dat Nb₂C/MoS₂ heeft sterkere en afstembare nabij-infrarood niet-lineaire optische absorptiekenmerken dan pure Nb₂C. De niet-lineaire absorptiecoëfficiënt van Nb₂C/MoS₂ is meer dan het dubbele van dat van pure Nb₂C, zoals geïllustreerd in figuur 1. Deze studie presenteert een effectieve aanpak voor de ontwikkeling van breedband opto-elektronische apparaten en optische modulatoren. De bevindingen vormen met name een sterke basis voor het gebruik van MXenes, die uitstekende foto-elektrische prestaties vertonen, op het gebied van opto-elektronica.