金屬或半導(dǎo)體材料吸收，反射和作用于光的能力對于開發(fā)光電子學(xué)的科學(xué)家來說至關(guān)重要 - 光電子學(xué)是與光相互作用以執(zhí)行任務(wù)的電子設(shè)備。萊斯大學(xué)的科學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種方法來確定原子薄材料的特性，這些材料有望改善光的調(diào)制和操縱。

二維材料一直是一個熱門的研究課題，因?yàn)槭┦且粋€扁平的碳原子晶格，于2001年被確定。從那時起，科學(xué)家們已經(jīng)開始在理論上或在實(shí)驗(yàn)室中開發(fā)具有一系列光學(xué)的新型二維材料。 ，電子和物理特性。

到目前為止，他們還缺乏對這些材料作為超薄反射器，發(fā)射器或吸收器提供的光學(xué)特性的全面指導(dǎo)。

材料理論家鮑里斯雅科布森的萊斯實(shí)驗(yàn)室接受了挑戰(zhàn)。Yakobson和他的合著者，研究生和主要作者Sunny Gupta，博士后研究員Sharmila Shirodkar和研究科學(xué)家Alex Kutana使用最先進(jìn)的理論方法來計算55種2D材料的最大光學(xué)性質(zhì)。

“現(xiàn)在我們了解協(xié)議的重要一點(diǎn)是我們可以用它來分析任何2D材料，”古普塔說。“這是一項(xiàng)重大的計算工作，但現(xiàn)在可以在更深層次的定量水平上評估任何材料。”

他們的工作本月出現(xiàn)在美國化學(xué)學(xué)會雜志“ ACS Nano”中，詳細(xì)介紹了單層膜的透射率，吸光度和反射率，以及它們共同稱為TAR的性質(zhì)。在納米級，光可以以獨(dú)特的方式與材料相互作用，促使電子 - 光子相互作用或觸發(fā)等離子體，其以一個頻率吸收光并在另一個頻率發(fā)射光。

操縱2D材料可以讓研究人員設(shè)計更小的設(shè)備，如傳感器或光驅(qū)電路。但首先，它有助于了解材料對特定波長的光的敏感程度，從紅外到可見顏色再到紫外線。

“一般來說，人們普遍認(rèn)為2D材料非常薄，看起來基本上是透明的，反射和吸收可以忽略不計，”Yakobson說。“令人驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)每種材料都具有富有表現(xiàn)力的光學(xué)特征，大部分特定顏色(波長)的光被吸收或反射。”

共同作者預(yù)期光電檢測和調(diào)制裝置和偏振濾光器是具有方向依賴光學(xué)特性的2D材料的可能應(yīng)用。“多層涂層可以提供良好的輻射或光照保護(hù)，如激光，”Shirodkar說。“在后一種情況下，可能需要異質(zhì)結(jié)構(gòu)(多層)薄膜 - 互補(bǔ)材料涂層。更強(qiáng)的光強(qiáng)度可能產(chǎn)生非線性效應(yīng)，并且考慮到那些肯定需要進(jìn)一步研究。”

研究人員模擬了2D堆棧和單層。“堆疊可以擴(kuò)大光譜范圍或帶來新功能，如偏振器，”Kutana說。“我們可以考慮使用堆疊異質(zhì)結(jié)構(gòu)模式來存儲信息，甚至可以用于加密。”

在他們的研究結(jié)果中，研究人員證實(shí)石墨烯和硼氧化物的堆疊高度反射中紅外光。他們最引人注目的發(fā)現(xiàn)是，由100多個單原子硼層制成的材料 - 其厚度仍然只有40納米 - 將反射99%以上的紅外線到紫外線，超過摻雜的石墨烯和散裝銀。

有一個附帶的好處，也適合雅各布森的藝術(shù)感性。“現(xiàn)在我們知道所有這些材料的光學(xué)特性 - 它們在被光照射時會反射和透射的顏色 - 我們可以考慮在納米尺度上制作蒂芙尼式的彩色玻璃窗，”他說。“那太棒了!”