Chem. Mater.┃新型光诱导法制备用于超短脉冲激光器光学开关的等离子体纳米晶材料

英文原题：Photochemically Derived Plasmonic Semiconductor Nanocrystals as an Optical Switch for Ultrafast Photonics

通讯作者：谭德志，刘小峰，邱建荣，浙江大学；张祖兴，南京邮电大学

作者：Xiaowen Zhang, Simin Liu, Dezhi Tan,* Yuehui Xian, Duoduo Zhang, Zuxing Zhang,* Yi Liu, Xiaofeng Liu,* and Jianrong Qiu*

超短脉冲激光在工业制造、信息传输与存储以及生物成像与医疗等领域具有广泛的应用。如何实现新波段、可调谐、高输出功率、低成本的超短脉冲激光是一个非常重要的课题。利用可饱和吸收体实现主动锁模是最有效的获得超短脉冲激光的技术之一。理想的可饱和吸收体需要具有快的非线性响应速度、强的三阶光学非线性、宽的吸收带宽、高的损伤阈值且可实现规模化制备的特性。近年来，开发新型具有可饱和吸收的纳米材料已成为一个研究热点。等离子体半导体纳米晶是一类非常好的可饱和吸收体，但是迄今所报道的等离子体纳米晶存在合成工艺复杂，需要无氧无水高温环境下合成等缺点。

浙江大学邱建荣教授（点击查看介绍）团队开发了一种新型光诱导制备等离子体纳米晶的技术，可在室温环境下快速制备大量等离子体纳米晶。他们发现普通的汞灯可诱导溶液中的硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）与氯化亚铜（CuCl₂）发生化学反应，从而形成尺寸超细的铜蓝型硫化亚铜（Cu_2-xS）等离子体纳米晶（图1）。其中一定量的铜离子缺陷的存在赋予纳米晶在近红外波段（800～2500 nm）以很强的表面等离子体共振吸收特性。通过详细的XPS以及扫描电镜的电子能谱表征和分析，确认了铜离子缺陷的存在。Z扫描测试表明，这种硫化亚铜等离子体纳米晶的非线性吸收系数可达-1.01 cm/GW，远大于石墨烯以及黑磷等典型的非线性二维材料。实验结果还表明光诱导法制备的等离子体纳米晶还兼具调制深度大（可达37.27%），饱和吸收强度高（80.94 GW/cm²）等优点（图2）。并成功实现了脉宽为1.57 ps、脉冲重复频率为10.58MHz、信噪比超过70 dB的超短超快脉冲激光输出（图3）。光诱导法还可以实现纳米晶的表面原位修饰，因此是一种制备具有高化学稳定性等离子体纳米晶等纳米材料的普适性的方法。