Interface Charge Transfer in MXenes/Graphene Heterostructures for Ultrafast Photonics

MXenes公司 材料科学 光子学 异质结 超短脉冲 石墨烯 飞秒 光电子学 激光器 太赫兹辐射 纳米技术 光学 物理
作者
Yang Liu,Yingtian Xu,Chongyang Xu,Jiahao Chen,Heng Liu,He Zhang,Liang Jin,Jie Fan,Yonggang Zou,Xiaohui Ma
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:12 (4) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/adom.202301439
摘要

Abstract Two‐dimensional (2D) transition‐metal carbides, nitrides, and carbocyanides, known as MXenes, have attracted tremendous attention in photonics and electronics because of their promising optical, electrical, and mechanical properties. However, the potential of MXenes‐based heterostructures for ultrafast photonics has not yet been explored. In this study, a Ti 3 C 2 T x /graphene vertical heterostructure (TG‐VHS), an excellent saturable absorber (SA), is successfully used to generate femtosecond laser pulses via passive mode‐locking. The modulation depth of the TG‐VHS is measured to be 28%, which is ≈12.7 and 1.5 times higher than that of Ti 3 C 2 T x MXenes and graphene, respectively. Density functional theory calculations show that various heterostructure systems are formed owing to the presence of various functional groups in Ti 3 C 2 T x , and multiple charge transfers significantly enhance the nonlinear optical characteristics of TG‐VHS. Moreover, utilizing TG‐VHS as the SA, a stable mode‐locked operation with a pulse duration as short as 356 fs at a wavelength of 1559.16 nm is achieved; harmonic mode‐locking with the highest repetition rate of 603.1 MHz is also obtained. This study provides an important strategy for developing VHS SA for ultrafast pulse fiber lasers and opens new perspectives for designing advanced MXenes‐based photonic devices.
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