国际合作采用2D材料来设计光纤

JENA, Germany, Oct. 9, 2020——德国耶拿的一个研究小组与澳大利亚的同事一起，直接在光纤上培育出了2D材料。研究人员使用了一种将过渡金属双卤化物(一种具有强光学和光子特性的2D材料)集成到最佳结构的玻璃纤维中的技术。

该技术生产的材料系统在传感器技术中具有价值，它可以用于检测低浓度的气体，以及可用于非线性光转换。由于研究组开发的混合光纤具有非线性特性，这种光纤可以将单色激光转换成白光，在生物学、化学等领域都有应用。

研究二维材料功能化光纤的博士生Quyet Ngo。由耶拿大学Jens Meyer提供。

  与之前的研究不同，科学家们选择不手工使用0.5纳米厚的过渡金属双卤化合物材料薄片，而是选择直接在光纤上生长。这种方法简化了将一种材料整合到纤维中的过程，并增加了研究人员能够做到的规模。材料与光的强相互作用是系统中两种有效的相互作用之一：玻璃纤维中的光也与涂层产生了强烈的相互作用，研究人员说，这是将该系统推向实际应用的一个重要特征。

  生长过程本身是由耶拿大学物理化学研究所开发的，基于化学气相沉积(CVD)，使用超过700℃的温度来确保材料在纤维中生长。尽管温度非常高，光纤仍适合CVD生长。纯石英玻璃在这个过程中起着基材的作用。

  与耶拿大学的Andrey Turchanin一起开发这种新型2D材料制造方法的Antony George说：“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显著增加。”

在潜在的传感器和检测器应用中——即低浓度气体检测——通过光纤发出的绿光从二维材料功能化的光纤区域的环境中获取信息。然后，由于外部影响改变了材料的2D属性，光线在返回到测量设备之前会改变颜色，变成红光。

研究人员说，基于这种技术的传感器也可能适用于生物技术和医学应用，因为这种新纤维非常细。其他的应用可以使量子通信和量子电子学成为可能。

  这项工作的合作者来自耶拿大学的应用物理研究所和物理化学研究所；耶拿大学阿贝光子学中心；Fraunhofer应用光学和精密工程研究所（IOF）；以及莱布尼茨光子技术研究所。