近日，中南大学王一军、黄端团队以中南大学为第一单位在国际权威学术期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）发表研究论文“二维氧化石墨烯：一种多功能热光材料（2D Graphene Oxide: A Versatile Thermo-Optic Material）”，在《小科学》（Small Science）发表研究论文“二维材料MXene薄膜中厚度和波长相关的非线性光学吸收（Thickness- and Wavelength-Dependent Nonlinear Optical Absorption in 2D Layered MXene Films）”。以上两项工作由中南大学和斯威本科技大学研究人员共同完成，王一军教授的博士生胡竣凯和金迪分别为第一作者，黄端副教授为论文共同通信作者。同时，团队在《先进材料》合作发表了“基于二维氧化石墨烯薄膜的光子芯片新型应用（2D Graphene Oxide Films Expand Functionality of Photonic Chips）”的研究成果。
近年来，具有独特结构和特性的二维材料的芯片赋予集成设备新的功能和改进的性能，氧化石墨烯具有高度的修改特性的灵活性和与集成平台的兼容性，是一种非常有吸引力的集成光子芯片二维材料。在光学应用方面，通过利用热光效应引起的材料性质变化来控制热量，为许多光学设备和系统的功能和效率奠定了基础。
该研究通过将二维氧化石墨烯薄膜集成到氮化硅微环谐振器中，对薄膜厚度和长度进行精确控制，表征了不同层数和还原程度的二维材料氧化石墨烯薄膜的折射率、热光系数和热导率等特性。同时还表征了由于光热效应引起的集成氮化硅微环谐振器中的可逆氧化石墨烯还原特性和光学双稳态现象。这些结果为利用二维材料氧化石墨烯薄膜的可逆还原多功能热光特性实现热学应用提供了理论依据。同时，利用Z-scan技术测量MXene薄膜在≈800 nm处的非线性吸收性能，揭示了随着薄膜厚度增加，与集成光子芯片器件高度兼容的二维材料MXene的非线性光学特性演变的特性。此外，他们提出了新型MXene薄膜的涂层方法。这些结果为实现高性能非线性光子芯片器件中的应用提供了实验依据。
基于光热效应，他们提出了一种基于二维材料氧化石墨烯薄膜集成芯片中引起的特性变化，展示了超出光子集成电路能力的新型应用。该研究展示了基于二维材料氧化石墨烯薄膜集成芯片实现的全光控制和调谐、光功率限制和非互易光传输新功能。通过利用氧化石墨烯薄膜中光热效应引起的独特性质变化，实现了集成波导中宽带（>100 nm）非互易光传输的首次演示，以及>10 dB的高非互易传输比。所报道的基于二维材料氧化石墨烯薄膜集成芯片有望促进低成本、高度集成的微芯片的发展。
王一军、黄端团队自2017年开始建设中南大学光电信息工程中心以来，已经获批光电智能测控湖南省重点实验室、湖南省电磁空间信息与对抗工程技术研究中心两个省部级平台，同时在科技部重大项目中支撑了合肥国家实验室的建设。本研究工作得到了国家重点研发计划战略性科技创新合作项目、国家自然科学基金联合基金重点项目、国家自然科学基金面上项目、科技部科技创新2030——“量子通信与量子计算机”重大项目等项目的支持。
来源：中南大学新闻中心
