Switching the Nonlinear Optical Absorption of Titanium Carbide MXene by Modulation of the Surface Terminations

MXenes公司 材料科学 吸收(声学) 饱和吸收 激光器 激发 激发态 光电子学 纳米技术 光学 复合材料 原子物理学 电气工程 物理 波长 工程类 光纤激光器
作者
Hui Li,Saiyi Chen,Danil W. Boukhvalov,Zhiyang Yu,Mark G. Humphrey,Zhipeng Huang,Chi Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (1): 394-404 被引量:52
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c07060
摘要

Surface terminations of two-dimensional materials should have a strong influence on the nonlinear optical (NLO) properties, but the relationship between surface terminations and NLO properties has not yet been reported. In this work, switching the NLO properties of MXenes (Ti3C2Tx) via "surface terminations modulation" is explored. The surface terminations of Ti3C2Tx are modulated by electrochemical treatment, resulting in different states (viz., Ti3C2Tx(pristine), Ti3C2Tx(═O rich), and Ti3C2Tx(-OH rich)). The sign and magnitude of the effective NLO absorption coefficient (βeff) change with the surface terminations. Ti3C2Tx(═O rich) shows a relatively large saturable absorption (SA) with laser excitation at 515 nm (βeff = -1020 ± 136.2 cm GW-1), while reverse saturable absorption (RSA) is found in Ti3C2Tx(pristine) and Ti3C2Tx(-OH rich). The RSA of Ti3C2Tx(pristine) and Ti3C2Tx(-OH rich) is attributed to excited-state absorption, while the SA of Ti3C2Tx(═O rich) is associated with Pauli blocking. With laser excitation at 800 nm, the βeff of Ti3C2Tx(-OH rich) is 113 ± 3.2 cm GW-1, 1.68 times that of Ti3C2Tx(pristine); the RSA is caused by photon-induced absorption. Our results reveal a correlation between surface terminations and NLO properties, highlighting the potential of MXenes in photoelectronics.
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