用于光子学的智能纳米材料

自 2010 年因石墨烯研究获得诺贝尔物理学奖以来，二维材料——具有原子厚度的纳米片——一直是科学界的热门话题。这种显着的兴趣是由于其出色的特性，这些特性在各种应用中具有巨大的潜力。例如，结合光纤，二维材料可以在传感器、非线性光学和量子技术领域实现新的应用。

然而，到目前为止，将这两个组件结合起来非常费力。通常，原子级薄层必须单独生产，然后才能用手转移到光纤上。与澳大利亚同事一起，耶拿的研究人员现在首次成功地在光纤上直接生长二维材料。这种方法极大地促进了这种混合动力车的制造。该研究的结果最近发表在著名的材料科学 杂志Advanced Materials 上。

通过技术相关的程序增长

“我们集成了过渡金属二硫属化物——一种具有优异光学和光子特性的二维材料，例如，它与光强相互作用——专门开发的玻璃纤维，”耶拿大学和德国弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所 (IOF) 的 Falk Eilenberger 博士解释说。“与过去不同，我们没有应用半纳米厚的玻璃纤维纳米光子学领域的专家 Eilenberger 说：“手工制作，但直接在纤维上生长。这种改进意味着二维材料可以更容易地大规模集成到纤维中。我们还能够证明玻璃纤维中的光与其涂层强烈相互作用。”由此创造的智能纳米材料实际应用的步骤不再遥远。

由于耶拿大学物理化学研究所开发的生长过程克服了以前的障碍，因此取得了成功。“通过分析和控制生长参数，我们确定了二维材料可以直接在纤维中生长的条件，”耶拿二维材料专家 Andrey Turchanin 教授在解释基于化学气相沉积 (CVD) 的方法时说) 技术。其中，二维材料生长需要超过 700 摄氏度的温度。

混合材料平台

尽管温度很高，但光纤仍可用于直接 CVD 生长：“用作基板的纯石英玻璃非常好地承受高温。它耐热高达 2,000 摄氏度，”马库斯教授说莱布尼茨光子技术研究所的 A. Schmidt，他开发了光纤。“它们的小直径和灵活性支持各种应用，”施密特补充道，他还拥有耶拿大学的光纤光学教授职位。

因此，二维材料和玻璃纤维的结合创造了一个智能材料平台，结合了两全其美。“由于玻璃纤维与二维材料的功能化，光与材料之间的相互作用长度现在已显着增加，”正在共同开发新型二维材料制造方法的安东尼乔治博士说与图尔恰宁。

传感器和非线性光转换器

该团队设想了新开发的材料系统在两个特定领域的潜在应用。首先，材料组合对于传感器技术非常有前景。例如，它可以用于检测低浓度的气体。为此，通过纤维发出的绿光从使用二维材料功能化的纤维区域的环境中获取信息。当外部影响改变二维材料的荧光特性时，光会改变颜色并以红光的形式返回测量设备。由于纤维非常细，基于这种技术的传感器也可能适用于生物技术或医学应用。

其次，这种系统也可以用作非线性光转换器。由于其非线性特性，混合光纤可用于将单色激光转换为白光，用于生物学和化学中的光谱学应用。Jena 研究人员还设想了在量子电子学和量子通信领域的应用。

卓越的跨学科合作

参与这一发展的科学家强调，该项目的成功主要归功于耶拿各个研究机构之间出色的跨学科合作。基于图林根研究小组“2-D-Sens”和弗里德里希席勒大学“非线性光学到原子尺度”合作研究中心，耶拿大学应用物理研究所和物理化学研究所的专家;大学的阿贝光子学中心;弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所 IOF;和莱布尼茨光子技术研究所正在与澳大利亚的同事合作开展这项研究。

“我们为这个项目带来了多样化的专业知识，我们对取得的成果感到高兴，”Eilenberger 说。“我们相信，我们开发的技术将进一步巩固图林根州作为工业中心的地位，重点是光子学和光电子学，”Turchanin 补充道。该跨学科团队的发明最近已提交专利申请。

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