Onderzoekers uit Singapore en het VK hebben gezamenlijk een nieuwe benchmark in breedband aangekondigd, niet-lineair optisch beperkend gedrag met behulp van grafeendispersies van één vel in een verscheidenheid aan oplosmiddelen met zware atomen en filmmatrices.

Grafeendispersie met één laag, wanneer deze substantieel uit elkaar is geplaatst in vloeibare cellen of vaste filmmatrices, kan een nieuw absorptiemechanisme in de aangeslagen toestand vertonen dat een zeer effectieve breedband optische begrenzing kan bieden, ruim onder het begin van de vorming van microbellen of microplasma.

Grafenen zijn losse vellen koolstofatomen die in een hexagonale reeks zijn gebonden. In de natuur, ze hebben de neiging om te stapelen om grafiet te geven.

Bij een doorbraak, onderzoekers van de National University of Singapore (NUS), DSO National Laboratories en de Universiteit van Cambridge hebben een methode ontwikkeld om te voorkomen dat deze platen opnieuw worden gestapeld door er alkylketens aan te hechten, terwijl de integriteit van de nano-grafeenzakken op de vellen behouden blijft.

Deze methode leverde op zijn beurt een materiaal op dat kan worden verwerkt in een oplossing en dispergeerbaar in oplosmiddelen en filmmatrices. Als gevolg hiervan, de onderzoekers observeerden een nieuw fenomeen. Ze ontdekten dat de gedispergeerde grafenen een gigantische niet-lineaire optische absorptierespons vertonen op intense nanoseconde laserpulsen over een breed spectraal bereik met een drempel die veel lager was dan die gevonden in roetsuspensies en koolstof nanobuisjes suspensies. Dit vestigde een nieuw record in energiebeperkende aanvang van 10 mJ/cm ² voor een lineaire transmissie van 70%.

Het mechanisme voor dit nieuwe fenomeen wordt geschetst in figuur 1, waarin het aanvankelijk gedelokaliseerde elektron-gatgas zich lokaliseert bij hoge excitatiedichtheden in de aanwezigheid van zware atomen, om sterk absorberende excitonen te produceren. Het resulterende absorptiemechanisme in aangeslagen toestand kan zeer effectief zijn.

Deze optische beperkende materialen kunnen nu worden gebruikt voor de bescherming van gevoelige sensoren en apparaten tegen laserschade, en voor optische circuits. Ze kunnen ook worden gebruikt in apparaten met antireflectiecoating.

De hoofdonderzoeker van het grafeenteam van het NUS Organic Nano Device Laboratory, Professor Lay-Lay Chua die ook van de NUS-afdeling Scheikunde en Natuurkunde is, zegt:"We hebben uit ultrasnelle spectroscopiemetingen gevonden dat verspreide grafeenvellen hun gedrag veranderen van geïnduceerde optische transparantie, wat bekend is, tot geïnduceerde optische absorptie afhankelijk van de omgeving. Dit is een opmerkelijke bevinding die laat zien dat grafeen nog steeds kan verrassen!"

De hoofdonderzoeker van het grafeenteam van DSO National Laboratories, Professor Geok-Kieng Lim, die ook adjunct-professor is bij het NUS Department of Physics, zegt:"Dit is een belangrijke eerste stap in de ontwikkeling van praktische grafeen-nanocomposietfilms voor toepassingen waarbij de grafeenplaten volledig verspreid blijven. De geïnduceerde verandering in hun niet-lineaire optische gedrag is verbazingwekkend en zeer praktisch."