研究人员利用了 Micronova Nanofabrication Cleanroom 的卓越设施。 图片来源：Mikko Raskinen/阿尔托大学
新研究发表于 自然通讯 是第一个在一维范德华材料中显示出强大光学特性的人。
当电子被限制在非常小的空间中时，它们会表现出不寻常的电学、光学和磁学行为。 从二维原子片中限制电子 石墨烯 ——一项获得 2010 年诺贝尔物理学奖的壮举——进一步限制电子以实现一维性，这一广泛的研究领域正在改变物理学、化学、能量收集、信息等领域的基础研究和技术进步的格局.
在发表的一项研究 自然通讯由阿尔托大学研究人员领导的国际团队现在发现，当电子被限制在其一维亚单元中时，纤维状红磷可以表现出较大的光学响应——即该材料在光照射下表现出强烈的光致发光。 与石墨烯一样，红磷属于一组独特的材料，称为一维范德华 (1D vdW) 材料。 1D vdW 材料是一种全新的材料，仅在 2017 年才被发现。到目前为止，对 1vdW 材料的研究主要集中在电性能上。
该团队通过光致发光光谱等测量揭示了 1D vdW 纤维红磷的光学特性，他们将激光照射在样品上并测量回射光的颜色和亮度。 研究结果表明，一维 vdW 材料表现出巨大的各向异性线性和非线性光学响应——换句话说，光学响应强烈依赖于纤维状磷晶体的方向——以及发射强度，这与发射的光子数量有关在特定时间。
'它在实验中的反应方式使一维 vdW 纤维红磷成为一种非常令人兴奋的材料。 例如，它显示了巨大的各向异性线性和非线性响应以及发射强度，这是惊人的，”阿尔托大学博士后研究员杜罗军博士说。
这种材料的光致发光——在日常生活中常见的反光标志或儿童在黑暗中发光的玩具中，当吸收后发出光时——也让研究人员感到惊讶。 研究小组将纤维状红磷的光致发光与以强光致发光而闻名的单层二硫化钼 (MoS2) 进行比较，发现光致发光的强度要高出 40 倍以上，使其超亮——尽管非常简短。
'纤维状红磷的强光致发光是出乎意料的。 事实上，我们最初预计纤维状红磷的光致发光只会很弱。 根据理论计算，这种效应实际上不应该很强，因此我们现在正在做更多的实验来阐明其余辉的起源，”杜说。
'我相信像纤维红磷这样的一维范德华材料在显示器和其他应用中显示出真正的希望，这些应用依赖于能够准确展示我们在本研究中看到的行为的材料。 如果我们将其与传统材料的响应进行比较，其各向异性光学响应的光谱似乎也很宽，”该研究小组的负责人孙志培教授说。
参考资料：杜洛军、赵彦冲、吴林禄、胡雪荣、姚立德、王亚东、白雪印、戴云云、乔静思、Md Gius Uddin、小梅的“一维范德华半导体纤维红磷中的巨型各向异性光子学” Li、Jouko Lahtinen、Xuedong Bai、Guangyu Zhang、Wei Ji 和 Zhipei Sun，1 年 10 月 2021 日， 自然通讯.
DOI: 10.1038/s41467-021-25104-6
