第一作者：Zhicheng Su
通訊作者：Ewald Janssens
通訊單位：KU Leuven
研究?jī)?nèi)容：
在過(guò)去的十年中，單層保護(hù)金屬簇的結(jié)構(gòu)和電子特性受到了廣泛關(guān)注，這些金屬簇可以在宏觀上進(jìn)行尺寸選擇。它們?cè)诠鈱W(xué)應(yīng)用方面的巨大潛力已被確定。在高強(qiáng)度狀態(tài)下，單層保護(hù)金屬簇表現(xiàn)出明顯的非線性吸收和折射。自然地，這些現(xiàn)象是波長(zhǎng)相關(guān)的，然而，這種相關(guān)性在很大程度上是未被探索的。作者使用 z 掃描技術(shù)與可調(diào)諧納秒激光源相結(jié)合，量化了原子級(jí)精確Au25(DDT)18 和 Au38(DDT)24 簇的波長(zhǎng)相關(guān)非線性光學(xué)吸收和折射截面。發(fā)現(xiàn)在不同的激發(fā)波長(zhǎng)（雙光子和激發(fā)態(tài)吸收、強(qiáng)度飽和和非線性折射）下會(huì)發(fā)生定性不同的非線性光學(xué)現(xiàn)象。兩個(gè)簇在532 nm 處具有高非線性吸收截面，并在640 nm處呈現(xiàn)（局部）最大值，同時(shí)在吸收飽和處具有最大值。Au25(DDT)18的非線性折射總是負(fù)的，而Au38(DDT)24的非線性折射改變符號(hào)。根據(jù)波長(zhǎng)的不同，非線性吸收效應(yīng)的基本機(jī)制是雙光子吸收或激發(fā)態(tài)吸收。獲得的非常高的非線性截面，大約107-109 GM，證明了這些簇在光學(xué)應(yīng)用中作為非線性吸收或折射材料的巨大潛力。
要點(diǎn)一：
使用可調(diào)諧納秒脈沖激光源的 z 掃描裝置探索了Au25(DDT)18 和 Au38(DDT)24MPC(monolayer-protected noble metal clusters)在甲苯溶液中的波長(zhǎng)相關(guān)NLO(Non-linear optical)特性，該裝置允許同時(shí)進(jìn)行 OA(open aperture)和CA (closed aperture)測(cè)量寬波長(zhǎng)范圍。量化了Au25(DDT)18 和 Au38(DDT)24簇的高NL(non-linear)吸收和折射截面，顯示了它們?cè)诓ㄩL(zhǎng)相關(guān)應(yīng)用中的巨大潛力。
要點(diǎn)二：
Au25(DDT)18 和 Au38(DDT)24的NL吸收截面在630 nm 附近達(dá)到峰值，與在該區(qū)域觀察到的吸收帶一致。類似地，在該波長(zhǎng)處觀察到飽和吸收，表明負(fù)責(zé) NL活性的潛在機(jī)制是ESA(excited-state absorption)。相反，在600 nm以下，沒(méi)有觀察到飽和吸收，NL吸收歸因于純粹的2PA(two-photon absorption)。
圖1：Au25(DDT)18(連續(xù)黑色)和Au38(DDT)24(藍(lán)色虛線)在甲苯中的波長(zhǎng)相關(guān)吸收系數(shù)。Au25(DDT)18 和 Au38(DDT)24 的濃度分別為0.69和0.22 mM。
圖2：(a) z 掃描設(shè)置的示意圖。給出了OA和CA測(cè)量的配置；對(duì)于CA 測(cè)量，在檢測(cè)器前面放置一個(gè)光圈，因此只有光束的中心部分未被阻擋。插圖顯示了用于從激光輪廓中去除高透射模式并獲得單峰高斯光束的激光濾波階段。(b) 使用 CCD 相機(jī)將光束半徑成像為 z 函數(shù)的非典型高斯光束表征 (λ = 560 nm) 的示例。假設(shè)高斯光束輪廓執(zhí)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合。代表性光束輪廓圖像顯示在右側(cè)。
圖3：在532 nm (a和d)、630 nm (b和e)和690 nm (c和f)的選定波長(zhǎng)處的歸一化 CA 測(cè)量值, Au25(DDT)18 (a-c) 、Au38(DDT)24 (d-f)。開(kāi)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)值，而實(shí)線表示基于方程 (1) 和 (2) 的擬合。曲線是針對(duì) Iu = 10MWcm-2測(cè)量的。
圖4：在532 nm (a和d)、630 nm (b和e)和690 nm (c和f)的選定波長(zhǎng)處的歸一化 CA 測(cè)量值, Au25(DDT)18 (a-c) 、Au38(DDT)24 (d-f)。開(kāi)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)值，而實(shí)線表示基于方程 (4) 和 (5) 的擬合。曲線是針對(duì) Iu = 10MWcm-2測(cè)量的。
圖5：Au25(DDT)18 (a)和Au38(DDT)24 (b)的波長(zhǎng)相關(guān)NL吸收截面、NL折射截面和飽和吸收強(qiáng)度的倒數(shù)。值是從在 Iu = 10 MW cm-2時(shí)測(cè)量的曲線獲得的。點(diǎn)對(duì)應(yīng)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而平滑線被包括在內(nèi)以引導(dǎo)眼睛。在圖(a)中，為了便于曲線分析，δA數(shù)據(jù)被乘以了3。
參考文獻(xiàn):
Zhicheng Su, Matias Bejide, Piero Ferrari, Kevin Anthony Kaw, Michèle Moris, Koen Clays, Stefan Knoppe, Peter Lievens, Ewald Janssens. The wavelength-dependent non-linear absorptionand refraction of Au25 and Au38 monolayer- protected clusters. Nanoscale, 2022, 14, 3618–3624.
