最新Nature！首次揭晓石墨烯中红外体光伏效应

固体中布洛赫波函数的量子几何性质（贝里曲率和量子度量）会显着影响电子的基态和激发态行为。体光伏效应（BPVE）是一种取决于激发光偏振的非线性现象，在很大程度上取决于光学跃迁中的量子几何性质。尽管在这个新兴平台中已经报道了与量子几何相关的激发强相关现象红外，然而BPVE尚未在石墨烯或莫尔系统中观察到。

　　耶鲁大学夏丰年副教授、YuanShaofan和德克萨斯大学达拉斯分校Zhang Fan团队报告了扭曲双层石墨烯（TDBG）中5μm和7.7μm的可调谐中红外光伏效应BPVE，这是由莫尔引起的强对称性破坏和量子几何贡献引起的。光响应基本上取决于激发光的偏振态，并且可通过外部电场高度调节。量子几何特性的广泛的可调性能够使用卷积神经网络，同时实现全斯托克斯偏振测量和波长检测，仅使用亚波长覆盖区为3×3μm 2的单个TDBG器件。这项工作不仅揭示了莫尔工程量子几何在可调非线性光-物质相互作用中的独特作用，而且还以极其紧凑的片上方式为未来的智能传感技术确定了一条途径。这项研究以“Intelligent infrared sensing enabled by tunable moiré quantum geometry”为题发表在Nature上，作者为Ma Chao、Yuan Shaofan , Patrick Cheung。

作者利用CNN作为解码器，以及TDBG的可调BPVE作为编码器，使得能够使用具有子波长足迹的单个片上设备同时破译光偏振，功率和波长。虽然在这项工作专注于中红外光谱范围，但预计由TDBG中的量子几何特性形成的这种非线性光响应会持续到太赫兹区域，并且所展示的智能石墨烯传感器可以是从中红外到太赫兹范围运行。由于类似的对称性降低和几何性质，类似的非线性光响应在过渡金属二硫族化合物异质或同质双层中的可见光或近红外波长处也可能是显著的。因此，作者的演示为宽光谱范围内的片上智能光传感开辟了一条潜在的途径。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04548-w

信息来源：公众号【高分子科学前沿】、【石墨烯资讯】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。