金属或半导体材料吸收、反射和作用于光的能力对开发光电元件的科学家来说至关重要。赖斯大学的科学家们现在已经提出了一种方法来确定原子薄材料的性质，这种材料有望改善光的调制和操纵。
自2001年发现平面碳原子晶格石墨烯以来，二维材料一直是一个热门的研究课题。从那时起，科学家们就开始在理论上或实验室中开发具有光学、电子和物理特性的新型2D材料。
到目前为止，他们还没有对这些材料作为超薄反射器、发射器或吸收器提供的光学性能提供全面的指导。
材料理论家鲍里斯·雅克布森的水稻实验室接受了这个挑战。Yakobson及其合著者、研究生兼首席作者Sunny Gupta、博士后研究员Sharmila Shirodkar和研究科学家Alex Kutana使用最先进的理论方法计算了55种2D材料的最大光学性质。
古普塔说:“现在我们了解了协议，重要的是我们可以用它来分析任何2D材料。”“这是一项巨大的计算工作，但现在可以对任何材料进行更深层次的定量评估。”
他们的研究发表在本月的美国化学学会杂志ACS Nano上，详细描述了单分子的透射率、吸光度和反射率，这些特性被他们统称为焦油。在纳米尺度上，光可以以独特的方式与材料相互作用，促进电子-光子相互作用或触发等离子体激元，以一种频率吸收光，然后在另一种频率发射。
利用二维材料，研究人员可以设计更小的设备，如传感器或光驱动电路。但首先它有助于了解一种材料对特定波长的光有多敏感，从红外线到可见光再到紫外线。
Yakobson说:“一般来说，人们普遍认为2D材质太薄了，它们看上去应该是透明的，可以忽略掉反射和吸收。”“令人惊讶的是，我们发现每一种材料都有一种富有表现力的光学特征，一大部分特定颜色(波长)的光被吸收或反射。”
共同作者预期光检测和调制装置和偏振滤波器可能应用于具有定向光学特性的二维材料。“多层涂料可以提供良好的保护，免受辐射或光线的伤害，就像激光一样，”Shirodkar说。在后一种情况下，可能需要异质结构(多层)薄膜——互补材料的涂层。更强的光强度可能会产生非线性效应，这当然需要进一步的研究。
研究人员对二维堆栈和单层进行了建模。库塔纳说:“叠加可以拓宽光谱范围，或者带来新的功能，比如偏振器。”“我们可以考虑使用堆叠的异质结构模式来存储信息，甚至用于密码学。”
在他们的研究结果中，研究人员证实了成堆的石墨烯和硼苯对中红外光的反射率很高。他们最引人注目的发现是，一种由100多层单原子硼构成的材料——仍然只有大约40纳米厚——能反射99%以上的红外至紫外光，表现优于掺杂石墨烯和大块银。
还有一个附带的好处，也符合Yakobson的艺术敏感性。“现在我们知道了所有这些材料的光学特性——它们在受到光线照射时反射和传播的颜色——我们可以考虑在纳米尺度上制作类似于珠宝风格的彩色玻璃窗，”他说。“那太好了!”
——文章发布于2018年9月24日
