Älykkäitä nanomateriaaleja kuitufotoniikalle

Tohtorikoulutettava Quyet Ngo tutkii 2D-materiaalilla funktionalisoituja optisia kuituja.

Viimeistään siitä lähtien, kun fysiikan Nobel-palkinto myönnettiin grafeenitutkimuksesta 2D-materiaaleille, ne ovat olleet kuuma aihe tieteessä.

Jenan yliopiston fyysikot ja kemistit suunnittelevat täydentää optisia kuituja 2D-materiaaleilla. Optisiin kuituihin yhdistettyinä 2D-materiaalit voivat mahdollistaa uusia sovelluksia antureiden, epälineaarisen optiikan ja kvanttiteknologian alueilla.

Näiden kahden komponentin yhdistäminen on kuitenkin toistaiseksi ollut erittäin työlästä. Tyypillisesti atominohuet kerrokset oli tuotettava erikseen ennen niiden siirtämistä käsin optiseen kuituun.

Yhdessä australialaisten kollegoidensa kanssa Jenan tutkijat ovat nyt onnistuneet kasvattamaan 2D-materiaaleja suoraan optisille kuiduille. Tämä lähestymistapa helpottaa merkittävästi näiden hybridien valmistusta.

"Integroimme siirtymämetallidikalkogenidit - 2D-materiaali, jolla on erinomaiset optiset ja fotoniset ominaisuudet ja joka on esimerkiksi vuorovaikutuksessa voimakkaasti valon kanssa – tähän tarkoitukseen kehitettyihin lasikuituihin", kertoo tohtori Falk Eilenberger Jenan yliopistosta ja Fraunhoferin soveltavan optiikan ja tarkkuustekniikka (IOF) instituutista."

Tämä parannus tarkoittaa, että 2D-materiaali voidaan integroida kuituun helpommin ja suuressa mittakaavassa. Tutkijat pystyivät myös osoittamaan, että kuidun valo on vahvasti vuorovaikutuksessa sen pinnoitteen kanssa.

"Analysoimalla ja säätämällä kasvuparametreja tunnistimme olosuhteet, joissa 2D-materiaali voi kasvaa suoraan kuiduissa", selvittää professori Andrey Turchanin, kemialliseen höyrykerrostukseen (CVD) perustuvaa menetelmää.

2D-materiaalin ja lasikuidun yhdistelmä luo älykkään materiaalialustan, joka yhdistää molempien maailmojen parhaat puolet.

Ryhmä suunnittelee vasta kehitetyn materiaalijärjestelmän mahdollisia sovelluksia kahdella erityisellä alueella.

Ensinnäkin materiaalien yhdistelmä on erittäin lupaava anturitekniikalle. Sitä voitaisiin käyttää esimerkiksi pienien kaasupitoisuuksien havaitsemiseen. Tätä varten kuidun kautta lähetetty vihreä valo poimii tietoa ympäristöstä 2D-materiaalilla funktionalisoiduilla kuitualueilla. Kun ulkoiset vaikutukset muuttavat 2D-materiaalin fluoresoivia ominaisuuksia, valo muuttaa väriä ja palaa mittauslaitteeseen punaisena valona. Koska kuidut ovat erittäin hienoja, tähän tekniikkaan perustuvat anturit saattavat soveltua myös biotekniikan tai lääketieteen sovelluksiin.

Toiseksi tällaista järjestelmää voitaisiin käyttää myös epälineaarisena valonmuuntimena. Epälineaaristen ominaisuuksiensa takia hybridioptista kuitua voidaan käyttää muuttamaan yksivärinen laservalo valkoiseksi valoksi spektroskopiasovelluksia varten biologiassa ja kemiassa. Jenan tutkijat suunnittelevat sovelluksia myös kvanttielektroniikan ja kvanttiviestinnän aloilla.

Tutkimusraportti: Scalable Functionalization of Optical Fibers Using Atomically Thin Semiconductors

Aiheesta aiemmin:

Kuituoptinen elektronitykki ja voima-anturi

Ilma vahvistaa valoa valokuidussa

Elektroniikkaa optiseen kuituun